基于STM32的大扭矩永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　2. 1. 2 檢測模塊

　　檢測模塊主要包括電流檢測電路和位置檢測電路。其中電流檢測采用萊姆電流型霍爾傳感器

　　LT308-S7,其具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、線性度好、溫漂小等優(yōu)點(diǎn)。為了減小在電流較弱時(shí)的檢測誤差，本文設(shè)計(jì)了如圖3 所示的增益可調(diào)的電流檢測電路，傳感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)過精密電阻采樣后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vi,經(jīng)過電壓跟隨電路、三級(jí)放大電路和肖特基二極管鉗位電路，輸出電壓Vo（ Vo= 3nVi /20 + 1. 5,n 為放大倍數(shù)） 到STM32 的A/D 模塊進(jìn)行處理。其中開關(guān)芯片DG403 由STM32 控制，用于調(diào)整電流檢測電路增益，小電流選擇大增益，大電流反之。由于大扭矩電機(jī)額定電流可達(dá)232 A,若檢測電路增益不可調(diào)，則當(dāng)電流較弱時(shí)檢測電路的放大增益相對(duì)較小，電流的檢測精度會(huì)降低，而采用增益可調(diào)的檢測電路可以在電流較弱時(shí)提高增益，從而減小檢測誤差，提高電流檢測的分辨率。

　　表1 為DG403 控制信號(hào)與電流檢測電路增益放大倍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 DG403 控制信號(hào)與增益放大倍數(shù)對(duì)應(yīng)表

　　考慮港口機(jī)械存在較強(qiáng)振動(dòng)和沖擊[6],本文利用旋轉(zhuǎn)變壓器YS 210XFDW9574A 進(jìn)行位置檢測。其解碼電路如圖4 所示，采用AD2S99 芯片為旋轉(zhuǎn)變壓器提供激勵(lì)信號(hào)，AD2S90 芯片作為旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ RDC） .AD2S90 以同步串行方式（ SPI） 與控制芯片STM32 之間進(jìn)行通訊，AD2S99 的勵(lì)磁信號(hào)源的頻率可以通過SEL1、SEL2、FBIAS 引腳進(jìn)行設(shè)置，此處激磁頻率設(shè)為10 KHz,通過AD2S99 內(nèi)部處理后產(chǎn)生的輸出信號(hào)SYNREF 與AD2S90 的REF 腳相連，可以補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)變壓器一次側(cè)到二次側(cè)的相位偏差，保證它的轉(zhuǎn)換精度。

圖3 電流檢測電路

圖4 旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路

　　圖5 所示為旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)調(diào)理電路，旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)信號(hào)由AD2S99 提供，激勵(lì)調(diào)理電路對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，激勵(lì)調(diào)理電路的外部電源采用± 15 V 雙電源供電，保證電路靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)零； Ci1為耦合電容，隔直通交； Cf1為補(bǔ)償相位用；NPN 和PNP 三極管構(gòu)成推挽電路，用以消除交越失真。

　　圖5 旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)調(diào)理電路

　　2. 1. 3 主電路

　　主電路的整流電路采用了DD600N12 整流模塊； 軟啟動(dòng)電路采用CM600HU-24F 型號(hào)IGBT 功率開關(guān)取代繼電器以提高系統(tǒng)可靠性，當(dāng)電容器組充電到母線額定電壓的80% 時(shí)，將IGBT 接入電路； 濾波電路選擇16 個(gè)6800 μF 電解電容； 制動(dòng)電路選擇CM400HU-24F 型號(hào)IGBT 作為開關(guān)元件?？紤]大電流功率器件的干擾、散熱及經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇6 個(gè)獨(dú)立單元的IPM 模塊PM800HSA120的逆變電路方案。PM800HSA120 內(nèi)部集成有驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，具有過壓、欠壓和溫度保護(hù)功能，額定電流800 A,反偏電壓1200 V,工作頻率可達(dá)20 kHz.為了進(jìn)一步提高IPM 的抗干擾性和可靠性，本文對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)和一些額外處理。如圖6 所示，對(duì)IPM 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了差分處理，將控制芯片STM32 發(fā)出的六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)利用差分驅(qū)動(dòng)芯片變?yōu)?2 路信號(hào)，再在IPM 驅(qū)動(dòng)板上利用差分接收芯片還原為6 路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后經(jīng)過高速光耦的隔離驅(qū)動(dòng)再送給IPM,如圖7 所示，以抑制共模干擾信號(hào)，增強(qiáng)了IPM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的抗干擾性。圖7（ a） 所示為W 相的隔離驅(qū)動(dòng)電路； 三相上橋臂采用隔離電源供電，三相下橋臂由一路15 V 供電，圖7 （ b） 所示為W 相上橋臂隔離電源電路。

　　IPM 的故障信號(hào)處理電路如圖8 所示，出錯(cuò)信號(hào)先經(jīng)過光耦隔離、濾波，然后經(jīng)過反相施密特觸發(fā)器，一方面將電壓信號(hào)反向，另一方面對(duì)出錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行波形整形，對(duì)干擾信號(hào)有一定的抑制作用。最后再將處理過的IPM 出錯(cuò)信號(hào)輸入控制芯片STM32 做出相應(yīng)處理。