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

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。

圖8 IPM 出錯(cuò)信號(hào)處理電路

由于IPM 的開關(guān)頻率較高，而在功率回路中存在寄生電感，在IPM 開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生很高的浪涌電壓，造成對(duì)器件的沖擊，影響器件的性能及使用壽命。為此設(shè)計(jì)了如圖9 所示的IPM 緩沖電路，以降低IPM 開通和關(guān)斷過程的電壓和電流尖峰，從而降低器件開關(guān)損耗，保護(hù)器件安全運(yùn)行。其中，選擇超快恢復(fù)二極管RM25HG-24S 作為緩沖二極管，其耐壓1200 V，最大反向恢復(fù)時(shí)間300 ns; 綜合考慮本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電流頻率及IPM 本身性能，將IPM 工作頻率選為8 KHz，取直流母線寄生電感50 nH，根據(jù)計(jì)算及試驗(yàn)，最終選擇緩沖電容Cs = 3 μF，緩沖電阻Rs = 12 Ω。

圖9 IPM 緩沖電路