電機驅(qū)動電路

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計，例如，導通延時、泵升保護、過壓過流保護、開關頻率、附加電感的選擇等。1.開關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)設計給定的力矩波動指標為I/IN，對有刷直流電動機而言，通常在(510)%左右。為了便于分析可認為I/IN=I/(Us/Rd)                      

2、0;           (1)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I表達式中，消去Us，可求出：對于單極性控制               Ld/Rd5T2.5T(可逆或不可逆)             

3、0;                (2)對于雙極性控制               Ld/Rd10T5T                 

4、                           （3）式中T為功率開關的開關周期。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，開關頻率可取2KHz左右，T=0.5ms。若采用IGBT，開關頻率可取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

5、應考慮在主回路附加電抗器，且                             Ld=Lf+La                  &

6、#160;                 (4)對不可逆系統(tǒng)還應進一步檢查臨界電流，IaL=UsT/8LdIa0應小于電機空載電流，防止空載失控。對于低慣量電機、力矩電動機，由于電磁時間常數(shù)很?。◣讉€毫秒或更小），此時應考慮采用開關頻率高的IGBT功率開關器件。2. 功率驅(qū)動電路的選擇            

7、0;圖1 H橋開關電路()                             圖2 H橋開關電路()分頁小功率驅(qū)動電路可以采用如圖1所示的H橋開關電路。UA和UB是互補的雙極性或單極性驅(qū)動信號，TTL電平。開關晶體管的耐壓應大于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

8、中使用。當四個功率開關全用NPN晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管(BG1和BG3)的基極電平偏移問題。圖2中H橋開關電路利用兩個晶體管實現(xiàn)了上橋臂晶體管的電平偏移。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

9、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Ic/Id=0.10.3；高速型光耦采用光敏二極管；高電流傳輸比型光耦的Ic/Id=0.5；它們的上升延時時間和關斷延時時間分別為tr，ts>45µs；tr，ts<1.5µs；tr，ts為10µs左右。光電耦合器與后續(xù)電

10、路結(jié)合就能構成前置驅(qū)動電路，如圖5所示。這個前置驅(qū)動電路的上升延時tr3.9µs，關斷延時ts1.6µs，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)動模塊對功率開關提供理想前置驅(qū)動信號，保證功率開關迅速導通，迅速關斷，對功率開關的飽和深度進行最佳控制，對功率開關的過電流、過熱進行檢測和保護。例如，EX356、EX840等等。4. 防直通導通延時電路對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，晶體管的關斷時間通常比開通時間長，這樣，例如當下橋臂晶體管未及時關斷，而上橋臂搶先開通時

11、就出現(xiàn)所謂“橋臂直通”故障。橋臂直通時電流迅速變大，造成功率開關損壞。所以設置導通延時，是必不可少的。圖6是導通延時電路及其波形。圖6 導通延時電路及波形導通延時，有時也稱死區(qū)時間，可通過RC時間常數(shù)來設置；對GTR可按0.2µs/A來設置；對MOSFET可按0.10.2µs設計，且與電流無關，IGBT可按25µs設計。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t=0.2X100=20µs，則PWM調(diào)制分辨率最大可能性為                       (T/2)t=0.1/0.02=5