永磁同步電機(jī)之永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制器

控制器是永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其主要作用是實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換向、調(diào)速和起動(dòng)等功能，主要包括逆變開(kāi)關(guān)電路、開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路和控制電路，如圖7一41所示。

一、逆變開(kāi)關(guān)電路

對(duì)于不同相數(shù)、不同工作方式的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其逆變開(kāi)關(guān)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，其中圖7一41所示三相橋式逆變電路應(yīng)用最為廣泛。它主要包括整流電路IR：、濾波電路、緩沖吸收電路和逆變橋。整流橋IRI和濾波電容Cl將交流輸人電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，形成低內(nèi)阻直流電壓源，電容CI與繞組這一感性負(fù)載交換無(wú)功功率，保證電機(jī)系統(tǒng)輸人端具有較高的功率因數(shù)。緩沖吸收電路由無(wú)感電容Q 、快速恢復(fù)二極管VD7和電阻RZ構(gòu)成，主要作用是吸收逆變開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)在繞組電感上產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)逆變開(kāi)關(guān)。對(duì)于小功率逆變電路，可以只在電源母線(xiàn)上連接一個(gè)吸收電路；對(duì)于大功率的逆變電路，需要在每一開(kāi)關(guān)旁邊連接一個(gè)吸收電路，并且吸收電路要盡可能靠近開(kāi)關(guān)。逆變電路由功率開(kāi)關(guān)VTI一VT6和續(xù)流二極管Vl ) 1一VD6構(gòu)成，它是逆變電路的核心部分，常用的功率開(kāi)關(guān)為功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET 、絕緣柵晶體管IGBT和智能功率模塊（IPM）。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET具有驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)頻率高、導(dǎo)通電阻具有負(fù)溫度系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。絕緣柵晶體管IGBT的優(yōu)點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)輸人阻抗高、開(kāi)關(guān)損耗小、飽和壓降低、通斷速度快、熱穩(wěn)定性能好、耐高壓且能承受大電流、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，其對(duì)應(yīng)的IGBT功率模塊品種多樣，應(yīng)用日益廣泛。由IGBT單元構(gòu)成的功率模塊也得到了迅速發(fā)展，智能功率模塊不僅包括功率開(kāi)關(guān)單元和驅(qū)動(dòng)電路，還具有保護(hù)和報(bào)警功能，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。 IGBT 、 IPM適用于變頻器、直流調(diào)速系統(tǒng)、 DCeL尤變換器以及有源電力濾波器等，目前，富士、三菱、西門(mén)子均有多種規(guī)格的IPM智能功率模塊。

二、驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路的作用是將控制電路輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)MOSFET或IG -BT，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的基本要求如下：

( 1）提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使功率開(kāi)關(guān)管可靠地開(kāi)通和關(guān)斷。( 2）提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使功率開(kāi)關(guān)管能迅速導(dǎo)通。

( 3）盡可能小的輸人輸出延遲時(shí)間。

( 4）足夠高的輸人輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與驅(qū)動(dòng)電路隔離。

( 5）具有靈敏的過(guò)電流保護(hù)能力。

驅(qū)動(dòng)電路有多種形式，按照驅(qū)動(dòng)電路的組成不同可分為由分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路和集成驅(qū)動(dòng)電路；按照驅(qū)動(dòng)方式不同可分為直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)。圖7一42為美國(guó)IR公司生產(chǎn)的橋式驅(qū)動(dòng)集成電路芯片IR2 110，它兼有光藕隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn)，體積小，速度快，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選。 IR2110是一種雙通道、柵極驅(qū)動(dòng)、可驅(qū)動(dòng)高壓高速功率器件的單片式集成驅(qū)動(dòng)模塊，在芯片中采用了高度集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了邏輯電路對(duì)功率器件的控制要求，同時(shí)提高了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性。上橋采用外部自舉電容上電，使得驅(qū)動(dòng)電源數(shù)目較其他IC驅(qū)動(dòng)電路大大減少。對(duì)于三相橋式逆變器，采用3片IR211 。驅(qū)動(dòng)3個(gè)橋臂，僅需一路10一20V電源，大大縮小了變壓器體積，減少了電源數(shù)目，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性。IR2110由低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路、高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路、電平轉(zhuǎn)換電路以及輸人邏輯電路等部分組成，輸人邏輯電路與TTL / CMOS電平兼容。當(dāng)下橋?qū)?、上橋關(guān)閉時(shí)，LO輸出高電平，VTZ導(dǎo)通，HO與VS導(dǎo)通，VTI關(guān)斷，VCC經(jīng)VD3 、 C：、 VTZ給Cl充電；當(dāng)上橋?qū)?、下橋關(guān)閉時(shí)，LO輸出低電平，VTZ關(guān)斷，HO與VB導(dǎo)通，Cl經(jīng)VB 、 HO 、 R；放電，VTI導(dǎo)通。