[发明专利]一种无刷直流电动机驱动及保护电路

说明书

一种无刷直流电动机驱动及保护电路，适用于电动机驱动领域。路由驱动电路、下管VCE检测电路、开关管保护电路组成。电路用较少的外围电路实现了无刷直流电机的驱动及保护功能，在降低成本的同时，提高了系统的可靠性，可以为交流调速系统、直线电机控制、开关磁阻电机控制、USP等的研究提供参考，具有很强的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电动机驱动及保护电路，适用于电动机驱动领域。

背景技术

无刷直流电动机既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机运行效率高、调速性能好等诸多特点，因此非常适合于中小功率的调速场合，在医疗器械、仪器仪表、家用电器等领域都有广泛的应用。对于三相桥式无刷直流电动机，保证其开关电路正常工作是至关重要的。

MOSFET用于无刷直流电动机的开关电路时，需要不断地调整开关频率来实现电机的调速，因此，要使电机能够安全可靠地工作，驱动电路相当重要。功率MOSFET的栅一源极之间都有数皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。MOSFET开通的栅源极间的驱动电压一般为10 V～15 V。虽然栅极电压为零就可以使MOSFET处于截止状态，但为了减小关断时间和关断损耗，关断时施加一定幅值的负驱动电压，一般为-5 V一15 V。为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，需要在栅极串入一只电阻。该电阻阻值太大，将使MOS管的通断时间延长，能耗增加；阻值太小，电流冲击较大，产生振荡。

发明内容

本发明提供一种无刷直流电动机驱动及保护电路，用较少的外围电路实现了无刷直流电机的驱动及保护功能。在降低成本的同时，提高了系统的可靠性，可以为交流调速系统、直线电机控制、开关磁阻电机控制、USP等的研究提供参考，具有很强的实用价值。

本发明所采用的技术方案是：无刷直流电动机驱动及保护电路由驱动电路、下管VCE检测电路、开关管保护电路组成。

所述电机控制系统主要由电动机、dsPIC30F4012, IR2130、三相逆变电路4部分组成。dsPIC30F4012作为主控单元，具有电机控制所需的6路PWM发生器。系统采用PWM调速方式，主功率电路是三相全桥星形电路。电机运行以“两相导通六状态”方式运行。dsPIC30F4012输出6路PWM波输出至IR2130。IR2130的输出通过三相逆变电路接至无刷直流电动机的三相绕组，系统采用3个霍尔元件作为转子位置传感器。霍尔位置信号经数字端口RB2, RB3, RB4输入到dsPIC30F4012，电机转速由软件根据位置传感器信号算出，其中母线电压V检测端口AN0，母线电流I检测端口AN1，速度给定端口AN2。

所述驱动电路中，VCC是通过LM7815稳压器得到的+15V电源。C1是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量。D4的作用防止上桥臂导通时的直流电压和母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏，因此D4应有足够的反向耐压，当然由于D4与C1串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求，D4应选快速恢复二极管。R17和R12是MOSFET的栅极电阻，R8和R23是防静电电阻，以免由于静电烧毁功率管。IR2130的HIN1～HIN3,LIN1～LIN3作为功率管的输入驱动信号与DSP的PWM输出连接。FAULT与DSP外部中断引脚连接，由DSP中断程序来处理故障。自举电容的容量取决于被驱动功率MOS门器件的开关频率。

所述下管VCE检测电路由分压电阻R38, K39得到参考电压VREF，此电压与L0l比较作为下管开通的标志DLOA1(大于VREF1输出为高，下管开通)。IRF540NS最大可过电流33 A，导通时的电阻为44毫欧，则MOS管导通时的理论最大压降为1.452 V 。VREF通过两个电阻分压得到。当DLOA1高于VREF时，对下管进行过电流保护。