低電壓大功率直流電機驅(qū)動器
陳曦1， 隋龍2 (1哈爾濱工程大學信通學院，黑龍江哈爾濱150001,2哈爾濱I程大學自動化學院，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：采用IRF3808場效應管作為功率輸出器件，基于直流電機的H橋脈寬調(diào)制(PWM)控制原理，設計了一款專門針對低電壓大功率贏流電機的電機驅(qū)動器。該驅(qū)動器提供E區(qū)時間生成邏輯，僅需一路PWM輸入信號便可實現(xiàn)電機的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制。試驗測試表明，該驅(qū)動器具有工作電壓低，輸出功率大的特點，且其四個橋臂通過死區(qū)生成電路可共享一個PWM輸入信號，從而能夠簡化驅(qū)動軟件的設計。
關(guān)鍵詞：大功率直流電機驅(qū)動器；lRF3808；H橋
中圖分類號：TM33文獻標識碼lA文章編號：1673-6540( 2009) 12-0010-04
0 引 言
隨著直流電機在許多大型機械系統(tǒng)中的廣泛使用，許多半導體廠商推出了直流電機專用驅(qū)動芯片，如IR公司的IR2112、IR2105等。但是，這些芯片通常都需要lO V左右甚至更高的邏輯工作電壓，使得該類芯片在低邏輯電壓工作場合應用時，如在5v系統(tǒng)中需要配合升壓電路，給系統(tǒng)電源的設計增加了負擔。
除此之外，為適應小型直流電機的使用需求，許多公司還推出了直流電機專用集成芯片，如美國國家半導體公司( NS)推出的專用電機驅(qū)動H橋組件LMD18200，其工作電壓高達55 V，峰值輸出電流高達6A，連續(xù)輸出電流達3A。盡管集成芯片的出現(xiàn)使電機驅(qū)動變得簡單，但專用芯片構(gòu)成的直流電機驅(qū)動器輸出功率有限，不適合大功率直流電機驅(qū)動，而市場上僅有的大功率集成驅(qū)動一蒼片價格極高，如SA01 -片驅(qū)動芯片的價格約為3 000元。
在大功率脈寬調(diào)制( PWM)電機驅(qū)動的設汁中，由于器件的非對稱性，使得上下橋臂驅(qū)動特性不一致，導致宣通和上橋臂燒毀現(xiàn)象發(fā)生。
綜合以上問題，本文采用N溝道增強型場效應管IRF3808構(gòu)建H橋，引入死區(qū)邏輯，設計了一種驅(qū)動邏輯完全由高硎壓三級管構(gòu)成的低電壓大功率南流電機驅(qū)動器。其電路的****PWM輸入邏輯高電平為3.3 V，邏輯工作電壓5v，電機驅(qū)動電壓小于75 V，驅(qū)動電流由場效應管決定。
1 基于PWM的H橋功率驅(qū)動原理
在直流電機驅(qū)動中，使用****泛的就是基于PWM的H型全橋驅(qū)動電路“刮。這種驅(qū)動電路可以實現(xiàn)直流電機的四象限運行，完成電機正、反轉(zhuǎn)控制，通過對PWM信號占空比的調(diào)節(jié)實現(xiàn)電機的調(diào)速。
典型的H型全橋驅(qū)動電路及其等效原理圖如圖1所示[2.4]。它由4個功率管和一個電機構(gòu)成。在等效原理圖中，功率管可以等效為開關(guān)和續(xù)流二極管，S1和S4為一組，S3和S2為一組，兩組開關(guān)管狀態(tài)互補，當一組導通時，另一組必須斷開[3]。
要使電機進行正向或逆向旋轉(zhuǎn)，必有一對位于對角線位置上的驅(qū)動管導通。當S1和S4導通時，S3和S2關(guān)斷，此時電機兩端加正向電壓實現(xiàn)正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）。續(xù)流二極管為電機繞組提供續(xù)流網(wǎng)路，當電機正常運轉(zhuǎn)時，驅(qū)動電流通過導通開關(guān)流過電機；當電機處于制動狀態(tài)時，電機線圈內(nèi)的感應電勢通過續(xù)流二極管導通，否則會燒毀場效應管。
PWM調(diào)速的基本原理是使丌關(guān)信號按某一固定頻率接通或斷開，通過調(diào)節(jié)開關(guān)信號在一個周期內(nèi)的通斷時問比（占空比）來調(diào)節(jié)信號平均電壓.當H橋驅(qū)動電路采用PWM控制時．各開關(guān)管會根據(jù)PWM信號交替地導通／關(guān)斷，交變的PWM信號疊加到電機阿端產(chǎn)生恒定的平均電壓，從而控制電機轉(zhuǎn)速，而PWM信號的相位可以控制電機的轉(zhuǎn)向。當驅(qū)動信號的占李比為百分之50時，正負脈寬相等，此時電機失去驅(qū)動轉(zhuǎn)矩而停轉(zhuǎn)。
2 大功率直流電機驅(qū)動電路設計
犬功率直流電機驅(qū)動電路分為光電隔離電路、電機驅(qū)動邏輯、上橋臂邏輯電源、H橋功率驅(qū)動電路四部分，其功能框圖如圖2所示。
為了給電機提供大的輸出功率，設計中采用IRF3808場效應管作為功率輸出器件。該器件輸出功率大，工作穩(wěn)定，呵以為負載提供****75 V的驅(qū)動電壓，****140 A的驅(qū) |
