無刷直流電機驅動器原理

1、【精品文檔】如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流無刷直流電機驅動器原理.精品文檔.第2章 無刷直流電機的驅動原理2.1 驅動方式的理論分析一、主要器件MOSFET圖1MOSFET又稱金屬-氧化物半導體場效應晶體管，可分為N型和P型兩種，又被稱為NMOSFET與PMOSFET。圖2如圖1所示，一塊P型硅半導體材料作襯底，在其面上擴散了兩個N型區(qū)，再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2）絕緣層，最后在N區(qū)上方用腐蝕的方法做成兩個孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個孔內(nèi)做成三個電極：G(柵極）、S（源極）及D（漏極），如圖所示。在驅動器上用到的MOSFET是在其上反并聯(lián)一個二極管，該二極管通常被稱

2、為寄生二極管。由于添加了二極管的緣故，從而使其沒有了反向電壓阻斷的能力。一般使用時在柵源極間施加一個-5V的反向偏執(zhí)電壓，目的是為了保證是器件導通，噪聲電壓必須閾值門控（柵極）電壓和負偏置電壓之和。MOSFET的使用方法和三極管的使用方法幾乎類似，都是采用小電流的方式來控制大電流，這在模擬電路中經(jīng)常用到。如圖2所示，在無刷電機驅動器中使用MOSFET主要是在MOSFET的柵源極施加一個寄生二極管。圖2二、單相半波逆變器原理圖3如圖3所示是單相半波逆變器的原理圖。對其工作狀態(tài)分析如下：第一個工作狀態(tài)，v1導通，負載電壓等于Ud/2,從而使負載電流與電壓同向。第二個工作狀態(tài)，v2關短后，負載電流流

3、向vd2，使得負載上的電壓變?yōu)?Ud/2。但隨著時間的推移會使負載的電流最終變?yōu)?。第三個工作狀態(tài)，v2導通，使得負載中出現(xiàn)了負電壓和負電流。第四個工作狀態(tài)，v2關斷造成vd2正向偏置，得負載電壓變?yōu)閁d/2。如果電壓為橫坐標u，電流為豎坐標i的話，那么通過上面四個狀態(tài)就可以是電流和電壓在四個象限內(nèi)輪流工作。因此，采用一定的方法通過控制v1和v2的導通時間就可以達到控制負載上電流和電壓按照一定的頻率來輪換著工作。但是上面的變換有一些缺點。例如，在任何時刻加載在負載上的電壓都是全部電壓的一半。假如咋某個時刻對于功率額定的器件，電壓減半后會使電流變?yōu)樵瓉淼膬杀?，同時又歐姆定律可知這時的發(fā)熱會變?yōu)樵?/p>

4、來的次方倍。這對于器件來說會造成更大的風險。另外電壓只能在最大電壓的一半，沒辦法為0V，那就會是器件造成更大的波紋度。三、三相逆變電路原理如圖所示由單項橋的原理來分析三相橋電路。每個負載由兩個上下橋臂共同連接，中間是連接在一起的沒有中心線的星型連接方式。中點電壓有橋臂上下開關器件的開關狀態(tài)所決定。假定每一相的橋臂在任意給定時刻均有一個開關器件的導通。當開關的一個關斷時，該相電流就會流到另一的反向二極管上。但是開通每相橋臂開關和關斷橋臂開關的時候需要預留足夠的時間，以免造成直流供電電源的短路。圖4通過原理可以看出來，只要控制每一相的上下橋臂的導通時間就可以控制每相上的電流和電壓。以此設計驅動器的

5、目的就是為了更好的控制導通的時間，也可以用導通的占空比來表示。2.2電機控制原理一、旋轉運動的過程直流無刷電機首先是通過位置傳感器檢測到電機轉子的位置，這里用到的傳感器主要有旋轉變壓器、霍爾元件、正交編碼器、光電開關等。然后根據(jù)檢測到轉子的位置開啟或者關閉相應的mos管電路已達到控制電機的目的。如圖4所示，上面三個mos管分別為Q1、Q2、Q3統(tǒng)稱為上橋臂，而下面三個Q4、Q5、Q6統(tǒng)稱為下橋臂。當mos管導通時，電流流經(jīng)無刷直流電機的電樞，使流經(jīng)的電流方向與磁場方向成90度，從而通過電機線圈產(chǎn)生的磁場與無刷直流電動機內(nèi)部原有的磁場相作用，推動電動機轉動。但這并不能一直轉動下去。因此，當電機旋轉過一定的角度有就需要改變mos管的導通順序，繼續(xù)使通電線圈與定磁場成90度。通常情況下導通的mos管是一組橋臂的上橋臂和另外一組的下橋臂，但是絕對不能同時導通一組橋臂的上下兩個橋臂。因為這樣會使電源出現(xiàn)短路，燒壞元器件。二、導通時間和頻率的確定改變mos管導通的時間和導通頻率來實現(xiàn)對電機參數(shù)的控制，通常情況下這種技術成為脈沖