基于IPM的三相無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計

O 引言
無刷直流電機因其體積小，重量輕，維護方便，高效節(jié)能等一系列優(yōu)點，被廣泛用于各個領域。尤其隨著高性能的單片機和專門用途的DSP(Digital Signal Processor)微處理器和集IGBT模塊及其驅動和保護于一身的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)的發(fā)展，使無刷直流電機的位置檢測和換相更加準確穩(wěn)定。本文以DSP(TMS320LF2407A)作為核心的三相無刷直流電機控制系統(tǒng)為研究對象，采用雙極性PWM(PulseWidth Modulation)控制技術，利用智能功率模塊IPM(PM50RSAl20)，設計一種電機控制系統(tǒng)，實驗結果表明，系統(tǒng)調速范圍寬，控制性能良好。

1 三相無刷直流電機控制系統(tǒng)
三相無刷直流電機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由DSP控制模塊、智能功率模塊和轉子位置檢測模塊三大部分構成。系統(tǒng)根據(jù)轉子位置檢測模塊檢測到的電機位置信號，控制DSP輸出正確的6路PWM脈沖信號，經(jīng)過驅動電路以控制智能功率模塊中相應功率管的通斷，從而實現(xiàn)對電機的正確供電，控制電機正常運行。

2 TMS320LF2407A模塊的介紹
TMS320LF2407A模塊主要由DSP芯片、電源、晶振、外擴RAM和輸出引腳組成。TMS320LF2407A有兩個事件管理器EVA和EVB，每個模塊包括：兩個16位的通用定時器；8個16位的脈寬調制通道(PWM)，他們能夠實現(xiàn)三相反相器控制，能捕獲位置信號，可產(chǎn)生可調死區(qū)的各種PWM波。該模塊在本控制系統(tǒng)中擔當著重要的控制角色。
DSP硬件的調試不但需要示波器等傳統(tǒng)的儀器，還需要專門的仿真套件，本文使用的是XDS510仿真器，該仿真器包括一個PC插卡和一個JTAG接口，通過該接口可以訪問DSP芯片的所有資源，而且同時可以設置斷點、單步執(zhí)行等，以檢驗和調試所設計的目標電路是否正確。

3 基于IPM控制電路的設計
智能功率模塊IPM由高速、低功率的IGBT和優(yōu)選的門級驅動及保護電路構成。雖然IPM雖有諸多優(yōu)點，但其內部電路不含有防止干擾的信號隔離電路、自保護功能和浪涌吸收電路，為保證IPM安全可靠，需要設計這部分電路。
3．1 IPM外部驅動電路的設計
IPM功率驅動電路如圖2所示。為了保證強電部分和弱電部分電路的電氣隔離，需將控制部分和驅動部分相互隔離。來自DSP的6路PWM信號經(jīng)電阻限流后經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM內部驅動電路以控制相應開關管工作。IPM的故障信號也需隔離之后送到DSP。UFO、VFO、WFO、FO分別為IPM內部的上橋臂三路故障輸出信號和下橋臂一路故障輸出信號。這些內部故障信號經(jīng)光耦PC817轉換為相應的故障輸出信號F01、F02、F03和F04。