电 实 训 报 告

机

汽工1302

黄 祥 吉

驱动

图给出三相BLDCM 控制系统的六开关逆变器拓扑图。根据无刷直流电机的特点，为了减小转矩脉动，提高电机控制性能，要求加在电机定子上的电流为方波，并与电机的梯形反电动势严格同步，每相电流导通120。表给出图所示的六开关逆变器的开关器件导通顺序。

由表可见，六开关逆变器中，根据开关器件的状态，可组成6个状态组合或电压矢量，即：(0，一1，1)、(1，一1，0)、(1，0，一1)、(0，1，一1)、(一1，1，0)、(一1，0，

1)，其中，1表示上桥臂导通，一1表示下桥臂导通，0表示没有管子导通。如(0，一1，1)表示B相的下桥臂和C相的上桥臂导通，即VS5，Vs6导通，A相处于不导通状态。这样在任何时刻总是只有两相处于导通状态，即任何时刻总有一相的两个开关器件不参与工作 。 开关磁阻电机的控制系统。

开关磁阻电机作为一种新型调速电机，兼有直流和交流调速的优点，适用的领域很广。它是由磁阻电机与电子开关驱动控制电路组成一体的能量换转机构。

如图所示为四相的开关磁阻电机。图表示导通顺序A、B、C、D时定转子工作情况。图4a表示V1导通，A相绕组通电，而其余的三相绕组断电，因此转子磁1.1′受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力而产生转矩，使转子沿逆时针旋转，转子磁极1.1′向定子磁极AA′趋近，直到两者重合。此时，控制器据位置传感器的关断信号，去控制驱动器，关断V1，切断A相绕组电流，紧接着控制器根据位置传感器的开、断信号，依次使V2、V3、V4通、断，使B、C、D相绕组顺序的通与断，使转子受同一方向转矩作用，沿逆时针的运行。若改变相电流大小，则可改变电机转矩和转速。

总之，国内已经开发出了以上四种电机驱动系统，取得了很大的技术进步，已经在车辆上获得了应用。但是，还存在着需要改进之处。就交流感应电机电控系统而言，国内的绝大多数电动效率在70％以上区域范围占整个工作的区域还在80％以下；电机在低速运行过程中，输出转矩脉动性过大；在高速运转时可输出的转矩偏小，加载能力差，且转矩降落略大；甚至在一定转速范围内存在较大电磁振动（噪音），有待于进一步解决。四种电机电控系统的可靠性都有待进一步提高以适应产业化要求。

直流电机因其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和

闭环位置伺服控制系统的最佳选择。随着计算机在控制领域的发展，直流电机的应用也更加广泛。本文主要介绍了采用N沟道增强型场效应管，基于H桥的直流电机驱动控制电路中H 桥功率驱动电路设计、电荷泵电路设计、电机驱动逻辑与放大电路设计，以及直流电机的PWM调速控制。

关键字： H桥 直流电机驱动控制电路 N沟道增强型场效应管 PWM

1．直流电机驱动控制电路总体结构

直流电机驱动控制电路分为电机驱动逻辑电路、电荷泵电路、驱动信号放大电路、H桥功率驱动电路等四部分部分，其电路框图如图1所示。如图所示，电机驱动控制电路的外围接口简单，主要控制信号有Dir(电机运转方向信号)， PWM(电机调速信号)及Brake(电机制动信号)，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。

图1 直流电机驱动控制电路框图

2．H桥功率驱动电路原理

H型全桥式电路是使用的最为广泛的直流电机驱动电路，实践证明，H型全桥式电路便于实现直流电机的四象限运行，即分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。

H桥功率驱动原理图如图2所示。H型全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态。其中，S1、S2为一组，S3、S4为一组，这两组状态互补，当一组导通时，另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。

图2 H桥功率驱动原理图

实际控制中，需要不断地使电机在正转和反转之间切换。这种情况理论上要求两组控制信号完全互补，但是由于实际的开关器件都存在导通和关断时间，绝对的互补控制逻辑会导致上下桥臂直通短路。为了避免直通短路且保证各个开关管动作的协同性和同步性，两组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个足够长的死区时间，这个校正过程既可通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可通过软件实现，即在状态之前加入适当的延时时间，一般us级单位的延时即可达到效果。

图2中4只续流二极管，可为线圈绕组提供续流回路。当电机正常运行时，驱动电流通过主开关管流过电机。当电机处于制动状态时，电机工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时甚至烧毁。 3．直流电机驱动控制电路设计 3.1 H桥驱动电路设计

在直流电机控制中常用H桥电路作为驱动器的功率驱动电路。由于功率MOSFET是压控元件，具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点，满足高速开关动作需求，因此常用功率MOSFET构成H桥电路的桥臂。H桥电路中的4个功率MOSFET分别采用N沟道型和P沟道型，而P沟道功率MOSFET一般不用于下桥臂驱动电机，因此，用功率MOSFET构成H桥电路的桥臂有两种可行的方案：一种是上下桥臂分别用2个P沟道功率MOSFET和2个N沟道功率MOSFET；另一种是上下桥臂均用N沟道功率MOSFET。