直流無刷電機控制系統(tǒng)的設計
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本設計中智能功率模塊受CPU輸出的6路PWM信號控制，它將整流電路整流輸出的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姽┙o電機。本系統(tǒng)采用的是東芝公司設汁制造的智能功率模塊MIG20J501L，如圖3所示。智能功率模塊MIG20J501L集功率開關(guān)電路和驅(qū)動電路于一身，內(nèi)有6個并聯(lián)了續(xù)流二極管的IGBT，直接構(gòu)成三相全橋逆變器。在控制信號與智能功率模塊的門級信號之間需要加光電隔離器件進行光電隔離。LPC1766輸出的6路PWM信號經(jīng)過快速光耦光電隔離后送給智能功率模塊MIG20J501L的IN(U)、IN(V)、IN(W)、IN(X)、IN(Y)、IN(Z)端口，控制導通IPM內(nèi)部相應的IGBT管。IPM內(nèi)部設計了故障保護機制，當有過壓、過流或者過熱等故障出現(xiàn)時，相應的故障輸出端VFO會輸出故障信號。為提高智能功率模塊工作的可靠性，采用開關(guān)電源為其單獨供電。
IPM內(nèi)部已經(jīng)包含功率器件的驅(qū)動和保護電路，使用時只需要提供驅(qū)動電源和PWM波形的開關(guān)控制信號。驅(qū)動電源需要4路隔離的電源，其中3路隔離電源分別供給逆變橋上橋臂的3個開關(guān)器件，而下橋臂的3個開關(guān)器件共用1路電源?？紤]到IPM的高頻開關(guān)工作能力，PWM波形的開關(guān)控制信號的傳輸隔離電路應具有盡可能短的傳輸延時時間，以提高驅(qū)動電路參數(shù)的一致性。
2．2 電壓檢測與保護電路
直流側(cè)電壓上升或下降過快會導致系統(tǒng)工作異常，甚至損壞逆變器，因此直流側(cè)電壓檢測保護電路必不可少。圖4為電壓檢測與保護電路。將直流側(cè)正負母線電壓引入檢測板，經(jīng)過電阻分壓后為比較器LM339提供電壓信號。A1為過壓比較器，V1為預先設定的較高電壓值。當母線分壓信號Vi大于V1時，認為產(chǎn)生過壓現(xiàn)象，這時CPU控制單元必須立即發(fā)出停機命令，停止逆變器的輸出。當母線分壓信號Vi小于V3與電源電壓所確定的某個閾值時，認為產(chǎn)生欠壓現(xiàn)象，這時CPU控制單元立即發(fā)出停機命令，停止逆變器的輸出。
2．3 電流檢測與保護電路
電流檢測與保護電路如圖5所示。霍爾電流傳感器采集到的電流信號經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)化為電壓信號，送往CPU進行A／D轉(zhuǎn)換。以進行電流環(huán)的控制；送往比較器LM393進行過流故障判斷。當采集到的電壓信號V1大于過流閾值電壓V2時，即出現(xiàn)過流現(xiàn)象，比較器LM393輸出引腳變低，光電耦合器O1開通，三極管飽和導通，繼電器JZ1線圈通電，而它的常閉觸點3B和3C串聯(lián)在為主回路供電的主接觸器的線圈回路中。這時常閉觸點斷開，接觸器斷電，斷開主回路。同時，CPU檢測到過流信號，軟件做出相應的故障處理，及時地保護系統(tǒng)。
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