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柔性线路板厂之直流小功率电机驱动电路设计

文章来源:作者:梁波静 查看手机网址
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人气:3468发布日期:2020-07-13 10:44【

简介

直流小功率电机广泛适用于家电、工控、计算机等诸多设备,直流电机的种类也非常多,通常可以分为有刷和无刷两大类。电机的驱动器件和驱动电路也非常成熟和多样。柔性线路板厂主要以常见的几种驱动方式和器件为例,重点阐述了各种驱动电路设计的重点和要点。
1直流有刷电机驱动器
1.1   采用DRV8800集成驱动电路图如图1所示:

图1:DRV8800电机驱动电路

DRV8800为全桥有刷直流电机驱动器,具有低压保护、过流保护、电机引线对电源短路保护、电机引线对地短路保护等功能,并支持同步整流方式。电机的转向控制通过PHASE引脚进行。
在实际运用中,图中D1器件PMF12CA是进行反电动势的泻放。本电路对电机的速度控制并非传统的PWM的占空比控制,而是通过对ENABLE引脚的控制得到有效转速。ENABLE引脚置低后,电机进入刹车模式,这样做的好处是提高了电机的制动性能,可以使电机快速制动,提高控制精度。其控制逻辑真值表如表一所示。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/UvjrS2T8R2IZ93j3RVxjPicaYV1cibJYXvN4GIiasNFFT7IcVdAZEJxrafQOPvcMSduPgO9tvibSet5lNasYZoCXwQ/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1表1:DRV8800控制逻辑表 1.2有刷电机H桥驱动电路如图2所示
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/UvjrS2T8R2IZ93j3RVxjPicaYV1cibJYXve8BQ2y5uCwIkjhCkgcfBOvt50f1rLeficThQQEb3em2chKfBrm6bK4Q/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1图2:有刷电机H桥驱动电路
 在分立电路中,有刷直流电机转向切换必须通过H桥电路,通过改变流入电机的电流方向从而改变电机转向;电机的转速调节通过调节PWM的占空比实现,并要注意防止上下管直通。
注意:1)电路图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度;2)确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。3)自举升压电容的选择根据PWM的频率来决定,一般为1UF,2.2UF。4)MIC4605具有防止直通,内置死区的功能。
2直流无刷电机驱动器
2.1高速单相直流无刷电机原理图(hall方式)
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/UvjrS2T8R2IZ93j3RVxjPicaYV1cibJYXvPaz1S3d6fm4mwX6iaEAwd9j3dPR3LN59GPIBVPKHEK5uWa0wziceVH8w/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1
由于FD2503驱动器的特性以及实际的工作需求,FD2503只需一路输入便可以产生两路输出。时序图如下:
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/UvjrS2T8R2IZ93j3RVxjPicaYV1cibJYXvZmycW3hUuOeK8ZaicObXYlZukv26eNLKmB494agAGDIVeb1ibMYicW1fg/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1
设计要点和注意事项1)图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度;2)1N5819防止自举升压对12V电源的产生影响。3)高速电机工作峰值电流最大达60A,一般采样电阻难以承受,故电流采样采用康铜丝进行。4)由于高速单相无刷直流电机最高速的可达10万RPM,故会产生很大的反电动势,故使用两颗1000uf的电容对反电动势进行吸收。并注意电容耐压值,一般需留出2倍余量。5)大电容的容值选择由根据实际情况确定,并非越大越好。6)功率地要加隔离。7)确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。8)虽然通过HALL传感器可以获得电机的位置信息,但是在启动时仍需通过强制启动的方式启动电机,启动成功后再切换到HALL方式。
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电源部分注意事项:1)由于高速电机反电动势过大,所以电源电压进入稳压前进行隔离,减少干扰。2)对电机母线电压与电源电压通过MOS管进行隔离,也是为了防止反电动势的影响。3)调试中发现,若不进行隔离措施,HALL信号将会出现很大干扰,造成位置信息判断不准,电机运行异常。4)注意电容耐压值,由于反电动势的存在,一般需要留出3倍余量。
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Hall信号检测部分注意事项:1)高速电机的换相信息通过Hall传感器提供。2)Hall的电源与信号要远离大电流部分,防止受到干扰,影响电机运行。3)Hall信号稳定性与准确性,关系电机运行电流大小与稳定性,影响电机运行最终速度。 2.2直流无刷电机(三相)
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设计注意事项:1)由于反电动势,电源电压在稳压之前必须进行隔离,以保证后级电压的稳定性。2)母线电压需要添加大电解电容,用来吸收电机的反电动势。功率地要加隔离。3)注意电容耐压值,由于反电动势的存在,一般需要留出3倍余量。
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驱动桥注意事项:1)图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度;2)1N5819防止自举升压对9V电源的产生影响。3)驱动的输入下拉到地,确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。4)设置PWM的死区,防止上下臂直通。5)自举升压保证上臂的有效打开。6)驱动方式上可分为上臂PWM下臂常开和同步整流方式,其中同步整流方式通过改变续流路径,发热小,响应快。7)自举升压电容的选择根据PWM的频率来决定,一般为1UF,2.2UF。

设计注意事项:1)无感驱动无刷直流电机需要反电动势检测电路监测电机反电动势,并通过判断的到电机的位置信息。电机需先要运行到一定速度才可检测出反电动势信息。2)本电路提供虚拟出三相电机中点并对三相相电压进行缩放,使获得的过零点信息与实际相一致。3)分压网络电阻选择高精度的,以保证过零点检测的准确性。

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