一種基于小功率高溫?zé)o刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

　　摘要：設(shè)計(jì)了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器邏輯部分采用高性能的單片機(jī)，開(kāi)關(guān)主電路中采用特殊結(jié)構(gòu)，省去了功率器件的驅(qū)動(dòng)芯片，整個(gè)驅(qū)動(dòng)器只需一個(gè)外部電源。驅(qū)動(dòng)器具有開(kāi)環(huán)調(diào)速和恒功率運(yùn)行等控制功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng)器可在150℃高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

　0 引 言

　　高溫電機(jī)在石油測(cè)井、航天及國(guó)防等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，目前一般采用感應(yīng)電機(jī)但感應(yīng)電機(jī)存在功率因數(shù)低、損耗大、效率低，溫升高，而且速度和功率控制電路非常復(fù)雜。無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子無(wú)電流、效率高、功率密度大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、控制方便，因而是替代高溫感應(yīng)電機(jī)的理想產(chǎn)品。驅(qū)動(dòng)電路是無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)適應(yīng)高溫環(huán)境的關(guān)鍵，必須滿(mǎn)足耐高溫、可靠性高等高溫環(huán)境的要求。本文針對(duì)這些要求設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種能夠在高溫環(huán)境下工作的小功率無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器采用了高等級(jí)的軍工級(jí)器件，可驅(qū)動(dòng)額定電壓為12 V、額定電流小于2 A的無(wú)刷直流電機(jī)，具有開(kāi)環(huán)速度調(diào)節(jié)和恒功率運(yùn)行等控制功能。驅(qū)動(dòng)器的邏輯部分采用高性能的單片機(jī)；開(kāi)關(guān)主電路中采用了特殊結(jié)構(gòu)，從而省去了功率器件的隔離或懸浮自舉驅(qū)動(dòng)芯片，大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)；邏輯電路部分的電源由功率電源穩(wěn)壓得到，從而使整個(gè)驅(qū)動(dòng)器只需一個(gè)外部電源。對(duì)驅(qū)動(dòng)器在150℃的高溫環(huán)境下進(jìn)行的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)證明了其運(yùn)行的可靠性。

　　1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器硬件主要包括單片機(jī)電路、開(kāi)關(guān)主電路、限流保護(hù)電路等原理圖如圖1所示。

　　l_1單片機(jī)部分

　　驅(qū)動(dòng)器的邏輯部分采用具有A／D轉(zhuǎn)換、PwM信號(hào)輸出功能的耐高溫單片機(jī)芯片。該部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的采集、電動(dòng)機(jī)換相邏輯信號(hào)的生成、PwM信號(hào)的生成、電機(jī)正／反轉(zhuǎn)控制和起動(dòng)／停止控制等功能。

　　(1)換相邏輯信號(hào)產(chǎn)生單片機(jī)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)給出換相邏輯信號(hào)。圖1中單片機(jī)的P1．O、P1．1、P1．2引腳連接電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器，采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。P2．O、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳為換相邏輯控制信號(hào)的輸出端。單片機(jī)通過(guò)編程把電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的換相邏輯。電機(jī)運(yùn)行時(shí)根據(jù)采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)HAl、HA2、HA3通過(guò)向P2口送對(duì)應(yīng)控制字的方式把6路換相邏輯信號(hào)送到 P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引腳。

　　(2)PwM信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)器的速度調(diào)節(jié)采用脈寬調(diào)制方法，即通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比來(lái)控制電機(jī)電樞電壓，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)調(diào)速。該驅(qū)動(dòng)器采用給單片機(jī)輸入一個(gè)可調(diào)的模擬電壓的方式來(lái)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比。

　　單片機(jī)的P2．7引腳為PWM信號(hào)輸出端。

　　PwM信號(hào)的頻率由單片機(jī)內(nèi)的寄存器PWMl值確定。PWM信號(hào)的占空比由寄存器PwM0的值確定。在單片機(jī)的一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換輸入端P1．7引腳輸入模擬電壓信號(hào)SPCIN。該模擬電壓經(jīng)單片機(jī)采樣轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量，再送到寄存器PwM0來(lái)改變PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。