電機驅(qū)動電路

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1、驅(qū)動電路的性能很大程度上影響整個系統(tǒng)的工作性能。 有許多問題需要慎重設(shè)計，例 如，導(dǎo)通延時、泵升保護、過壓過流保護、開關(guān)頻率、附加電感的選擇等。 1. 開關(guān)頻率和主回路附加電感的選擇 力矩波動也即電流波動，由系統(tǒng)設(shè)計給定的力矩波動指標(biāo)為 A 1/1 N,對有刷直流電 動機而言，通常在 (5~10)% 左右。為了便于分析可認(rèn)為 (1) AI/I N=A I/(U s/R d) AI表達(dá)式中，消去Us, 式中 Rd 為電樞回路總電阻。代入前面各種驅(qū)動控制方式的 可求出： 對于單極性控制 Ld/Rd > 5T?2.5T(可逆或不可逆) (2)

2、 對于雙極性控制 3) Ld/Rd > 10T~5T 式中 T 為功率開關(guān)的開關(guān)周期。 對于有刷直流電動機，電磁時間常數(shù)Ld/Rd 一般在10ms至幾十毫秒。若采用GTR , 開關(guān)頻率可取 2KHz 左右， T=0.5ms 。若采用 IGBT ，開關(guān)頻率可取 18KHz 以上，所 以上式均能滿足。若采用 GTO 或可控硅功率器件，由于工作頻率只有 100Hz 左右， 此時應(yīng)考慮在主回路附加電抗器，且 (4) Ld=L f+L a 對不可逆系統(tǒng)還應(yīng)進一步檢查臨界電流， I aL = U sT/8L d <Ia0應(yīng)小于電機空載電流, 防止空載失控。 對于低慣量電機

3、、力矩電動機，由于電磁時間常數(shù)很?。◣讉€毫秒或更小），此時 應(yīng)考慮采用開關(guān)頻率高的IGBT功率開關(guān)器件。 2. 功率驅(qū)動電路的選擇 圖1 H橋開關(guān)電路（I ） 圖2 H橋開關(guān)電路（n ）｛｛分 頁｝｝ 小功率驅(qū)動電路可以采用如圖 1所示的H橋開關(guān)電路。Ua和Ub是互補的雙極性 或單極性驅(qū)動信號，TTL電平。開關(guān)晶體管的耐壓應(yīng)大于 1.5倍Us以上。由于大功率 PNP晶體管價格高，難實現(xiàn)，所以這個電路只在小功率電機驅(qū)動中使用。 當(dāng)四個功率開 關(guān)全用NPN晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管（BG i和BG3）的基極電平偏移問題。 圖2中H橋開關(guān)電路利用兩個晶體管實現(xiàn)了上橋臂晶

4、體管的電平偏移。但電阻 R上的 損耗較大，所以也只能在小功率電機驅(qū)動中使用。 當(dāng)驅(qū)動功率比較大時，一般橋臂電壓也比較高， 例如直接取工頻電壓， 單相220V , 或三相380V。為了安全和可靠，希望驅(qū)動回路（主回路）與控制回路絕緣。此時，主 回路必須采用浮地前置驅(qū)動。 圖3所示的浮地前置驅(qū)動電路都是互相獨立的， 并由獨立 的電源供電。由于前置驅(qū)動電路中采用了光電耦合，使控制信號 —丄. ；分別 與各自的前置驅(qū)動電路電氣絕緣， 于是使控制信號對主回路浮地 （或不共地） 圖3大功率驅(qū)動電路 3. 具有光電耦合絕緣的前置驅(qū)動電路 對于大功率驅(qū)動系統(tǒng)， 希望將

5、主回路與控制回路之間實行電氣隔離，此時常采用光 電耦合電路來實現(xiàn)。有三種常用的光電耦合電路如圖 4所示，其中普通型的典型型號是 4N25、117等，高速型的典型型號有 985C，高電流傳輸比型也稱達(dá)林頓型，典型型 號有113等。 圖4典型光電耦合器電路｛｛分頁｝｝ 圖中，普通型光耦的lc/1 d=0.1?0.3 ;高速型光耦采用光敏二極管； 高電流傳輸比 型光耦的Ic/I d=0.5 ；它們的上升延時時間和關(guān)斷延時時間分別為 tr, ts>4~5 口 s ； tr, ts<1.5 口S ； tr , ts 為 10 口 s 左右。 光電耦合器與后續(xù)電路結(jié)合就能構(gòu)

6、成前置驅(qū)動電路， 如圖5所示。這個前置驅(qū)動電 路的上升延時tr—— 3.9宙，關(guān)斷延時ts——1.6 ，可以在中等功率系統(tǒng)中使用。 圖5前置驅(qū)動電路 為了對功率開關(guān)提供最佳前置驅(qū)動，現(xiàn)在已有很多專用的前置驅(qū)動模塊。這種驅(qū)動 模塊對功率開關(guān)提供理想前置驅(qū)動信號，保證功率開關(guān)迅速導(dǎo)通，迅速關(guān)斷，對功率開 關(guān)的飽和深度進行最佳控制，對功率開關(guān)的過電流、過熱進行檢測和保護。例如，EX356、 EX840等等。 4. 防直通導(dǎo)通延時電路 對H橋驅(qū)動電路上下橋臂功率晶體管加互補信號， 由于帶載情況下，晶體管的關(guān)斷 時間通常比開通時間長，這樣，例如當(dāng)下橋臂晶體管未及時關(guān)斷，而上橋臂

7、搶先開通時 就出現(xiàn)所謂 橋臂直通”故障。橋臂直通時電流迅速變大，造成功率開關(guān)損壞。所以設(shè)置 導(dǎo)通延時，是必不可少的。圖 6是導(dǎo)通延時電路及其波形。 圖 6 導(dǎo)通延時電路及波形 導(dǎo)通延時，有時也稱死區(qū)時間，可通過RC時間常數(shù)來設(shè)置；對GTR可按0.2 口s/A 來設(shè)置；對MOSFET可按0.1?0.2 口 s設(shè)計，且與電流無關(guān)，IGBT可按2?5口 s設(shè)計。 舉例說明，若為 GTR， f=5kHz ，雙極性工作，調(diào)寬區(qū)域為 T/2=1/10=0.1ms 。若 I=100A ,則A t=0.2X100=20 口 s則PWM調(diào)制分辨率最大可能性為 (5) (T/2) A t=0.1/0.02=5 這說明死區(qū)時間占據(jù)了調(diào)制周期的 1/5 ，顯然是不可行的。 所以對于 100A 的電機 系統(tǒng)，GTR的開關(guān)頻率必須低于 5kHz。例如，2kHz以下，此時分辨率達(dá)12.5左右。 驅(qū)動電路的設(shè)計還有很多問題，例如過壓、過流、過熱、泵升保護等等。