低压大电流无刷直流电机驱动器设计

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低压大电流无刷直流电机驱动器设计

徐刚，袁文，陈锦杰

（中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海２００２３３）

摘要：介绍了一种低压大电流无刷直流电动机驱动方案，重点介绍了无刷直流电动机大电流驱动的硬件和软件设计。最后进行了大电流实验，以测试驱动器的稳定性。

关键词：无刷直流电动机；低压大电流；驱动；燃料电池中图分类号：ＴＭ３３

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４—７０１８（２０１４）０２—００７５—０４

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣＭ；ｈｉｇｈ

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Ｏ引言

通讯基站备用电源系统中的送风子系统采用一

ＤｕＳ公司的ｘ—ＣｏｏｌＳＭＴ技术；功率器件的散热设计。１。

种低压大电流风机及驱动器，如图ｌ所示。风泵采用无刷直流电动机（以下简称ＢＬＤＣＭ），其优势在

１方案简介

１．１

ＢＬＤＣＭ驱动方法原理

于：ＢＬＤｃＭ结构简单（无电刷，转子为永磁体），运行可靠；拥有较高的功率密度，可以减小电机的在设备中的安装尺寸；类似于直流电机的控制方式，控制方法简单、易于实现。

本文采用了基于霍尔位置传感器的“６拍换相

二二导通”Ｌ２。的电机驱动方法，这种方法具有实现

简单、成本低廉的优点。

二二导通的方式是指任意导通逆变电路中两个开关管，如图２所示。注意同一个桥臂的开关管不

能同时导通，则共有六种状态：ＶＴｌＶＴ２／ＶＴｌＶＴ４／

Ｖ１１３Ｖ阳／Ｖ乃ＶＴ４／ＶＴ５Ｖ，ｍ／ＶＴ５Ｖ他，对应于六种绕

徐

组（三相ＢＬＤＣＭ）状态ＡＢ／』４Ｃ／鲋／ＢＣ／以／ＣＢ，如图

３所示。电流流经绕组在空间内形成６个空间磁场

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图ｌＢＬＤｃＭ送风子系统安装机架

低压大电流驱动器的设计难点在于大电流流过

电路时会产生很大的损耗，转换为热量造成驱动电

路温度上升，给系统带来不稳定因素，并且温度过高

会造成损坏。

因而，在做好驱动器温度监测和保护功能的同时，一般从降低逆变电路损耗和加强散热措施两个

图２

ＤＣ－

ＢＬＤＣＭ控制器逆变电路示意图

方面进行改进。具体可分为以下三个优化方向：采用具有更低导通阻抗的功率器件，减小功率器件在

大电流工作状态下产生的导通损耗；ＰｃＢ设计和制造中热管理的优化和载流能力的提高，如采用ＡＮ一

（ａ）

开关管ＶＴｌＶ他导通，绕组Ａ日导通

图３

（ｂ）开关管ＶＴｌＶＴ４导通，绕组ＡＣ导通

７５

收稿日期：２０１３一０９—２７

基金项目：上海市科学技术委员会资助项目（１２ｄｚｌ２００８０３）

电流在绕组中的流动方向

触持电棚２０１４年第４２卷第２期：……－ｏ／∥一ｚ石一ｒ７彳一一，……＿．．……………………………………………………：：■：１一。羔一’：’二…一二：：：一！！．：：．！羔：一！

矢量，成正六边形，每相邻的两个矢量相差６０。。根据霍尔位置传感器获得的转子位置信息，控制开关管按照一定的顺序导通，在空问内形成步进式的旋转的正六边形旋转磁场，控制ＢＬＤｃＭ电机定子永磁体在空间内旋转？１．２硬件方案简介

驱动器硬件框图如图４所示，从功能上可分为

沥嗍地

ＦＥＴ与外界环境之间的热阻、提高散热性能：在ＭＯＳ管与散热器之间采用具有较低热阻的热传导材料一电绝缘矽胶布，并使用导热硅脂填充间隙；使用大面积、具有铣齿槽的散热片作为驱动器的底座，增加与空气之间的热传导面积（如图６所示）。

控制芯片电路、驱动电路、保护电路等。

图６ＭＯＳＦ’ＥＴ安装图

保护电路主要处理电流、电压、温度信号，电路设计方案为单电阻采样母线电流、串联电阻分摊母线电压、Ｄｓｌ８ｂ２０测量温升。通过实时处理这些信

号，实现驱动器的保护功能，包括过流保护、欠压／过

压保护、高温保护等。

通讯采用了ｄｓＰＩＣ３３Ｆ系列ＤＳＣ的ＥＣＡＮ（增强

图４驱动器硬件框图

型控制器局域网）模块，它具有以下主要特性：完全符合ＣＡＮ２．０Ｂ协议，具有较高的可靠性和良好的错误检测能力，并且通讯速度快（最高支持ｌ

１．３软件方案简介

Ｍｂｐｓ

本文的控制芯片采用了Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的１６位高性能芯片ｄｓＰＩｃ３３ＦＪ６４Ｍｃ７０６，芯片采用了改进的

哈佛结构，运算速度最快为４０ＭＩＰＳ，温度范围为一４０℃～＋８５℃，片上资源具有８路电机控制ＰｗＭ、２个ＡＤＣ、１个增强型ｃＡＮ接口等。

驱动电路为典型的逆变电路，低压大电流驱动

的可编程比特率）、实现简单、性价比高、应用成熟。

软件设计流程如图７所示，用户通过上位机（ｃＡＮ总线）可以以下执行三种操作：了解驱动器的实时信息，包括母线电流／温度／速度／报警等；实时调节风机的运行速度；在驱动器报警后，清除报警。

本文将介绍ＰＩ调节器的设计和调速系统的控制框架。

应注意功率Ｍ０ｓＦＥＴ的发热和逆变电路ＰＣＢ的载流能力。本文从以下三个方面对逆变电路的热设计进行了优化：（１）在功率器件选型时，选用低导通阻

抗的功率ＭＯＳＦＥＴ—ＩＲＦＰ４３６８，并采用了两片并联的方式，进一步降低ＭＯＳＦＥＴ的导通阻抗，进而减小ＭＯＳＦＥＴ通态损耗、降低Ｍ０ｓ管的发热量。（２）在

徐

向雨

报警检测Ｈ初始化驱动器参数和设置

ＰｃＢ设计时，主回路ＰｃＢ布线时线径加宽，并在其表面去掉阻焊层，然后在ＰｃＢ表面加焊粗铜条和大面积铺锡（如图５所示），以增加ＰｃＢ的载流能力，＋

５０Ｖ电源线、地线以及电机三相输出线采用较粗的铜导线引出至端子等，降低电流在主回路上的损耗。

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