無刷直流電機的硬件驅動電路研究

摘 要：電力電子技術的創新，讓高性能永磁材料迎來了全新的發展機遇，無刷直流電機開始逐漸在航空、醫療等眾多自動化領域得到飛速發展，無刷直流電機的硬件驅動，需要通過數字化控制電路的設計，保證無刷直流電機之間的有效聯系。本文主要探討了無刷直流電機的硬件驅動電路，希望能夠保證電機運行的穩定性，降低功能消耗和噪聲污染問題的發生，全面提高驅動電路的工作效率。

關鍵詞：無刷直流電機;硬件驅動;電路研究

采用浮點運算能夠簡化智能控制算法，提高儲存器的儲存容量，運用豐富的外設資源，完成現代化電力電子技術的應用需求，運用功率電子開關替代傳統電機中的電刷，通過霍爾位置傳感器替代傳統的換相器，能夠自動接收數字電路傳輸的控制信號，保證電流在無刷電機上的合理分配，在設計方案制定的過程中，需要對不同型號的控制器進行對比分析，全面提高信號處理質量。

1 三相逆變功率驅動電路

三相逆變電路的設計，最少需要設置三組六只功率MOSFET，通過時間電角度的測量，尋求恰當的導通MOS管調整時機，當運行一個周期后會形成六種不同的狀態，每種狀態下產生兩只MOS管，三相逆變電路設計需要通過六只MOS管進行通電繞組的切換。選擇科學的導通形式完成電子換相處理，將得到的直流電轉變為交流電，起到更優的BLDCM運行驅動效果。

在進行子結構定、轉組成設計的過程中，需要明確BLDCM屬于永磁同步電機的一種，無刷直流電機只是常用的技術名稱，“直流”并不代表沿用直流電，由于直流電在向電機定子電樞繞組輸送的過程中，須要通過串聯的形式，引導其流經特定的MOS管，通過驅動芯片的控制處理，有規律的完成導通、關閉等技術操作。在這一過程中行使逆變器的功能權利，當直流電變為交流電后，電流會經過電機的定子繞組，發生數值變化，當定子繞組中通過直流電時，數值Fa處于恒定不變的狀態，無法滿足電能與機械能轉化的操作要求，想要保證功率驅動任務的順利開展，需要定子三相繞組中兩相按照相應的工作程序完成導通，另一相則處于關閉狀態。為了保證對整個工作流程的全面管控，需要在電子換相過程中，保證換相操作的準確性，如果換相處理不及時，會導致電機在運行時出現失去工作規律、發出異常噪聲，控制器損壞等問題，嚴重的甚至造成電機報廢問題的發生，需要充分發揮出邏輯性組合電路的運行穩定性。在轉子旋轉一圈后，通過位置傳感器對電機的運行狀態進行檢測，一直到轉子位置為止共發生六次變化，每產生一次變化，電路會通過自動化控制，完成電機本體的換相操作。

組合邏輯電路能夠自動進行多種信號的接收，通過組合邏輯運算對集成門電路進行系統處理，根據工作狀態發送控制信號，根據信號指示對逆變橋的六只MOS管進行關閉和導通控制。MOSFET全控器件的使用，能夠快速完成開關控制，提高工作頻率，擴展安全的工作區域，降低二次擊穿問題的發生幾率，支持高阻抗的輸入，具有良好的熱穩定性，起到良好的電路保護作用，有效降低價格成本，滿足電機的工作需求，提高系統運行的可靠性。

2 無刷直流電機保護電路設計

想要保證BLDCM驅動電路的穩定運行，需要做好硬件渠道電路的保護工作，保護電路的設計主要分為過流保護、過壓保護、欠壓保護等內容，在使用過程中當電池的電壓閾值低于標準值時，需要設計合理的欠壓保護方案，對設備進行停機處理起到電池保護作用。工作人員進行電壓數據的采集工作，對母線電壓數值進行檢測，當超過標準閾值時開展過壓保護工作，由控制器發送“停止”信號，自動完成停機處理，保護運行設備的工作狀態，在進行電流采樣電路、過流保護電路設計的過程中，需要明確控制系統自動化控制操作的基礎條件。

防止漏源極間過電壓：漏源擊穿會產生高電壓，為了保證電路的安全性，需要在漏源間進行電路保護措施的開展，避免產生漏極尖峰電壓，對功率管造成破壞，運行過程中形成的過電壓與MOS開關的頻率之間呈正比，工作人員需要采用RC緩沖電路，或設置齊納二極管鉗位保證壓力的穩定性。在MOS管中分別并聯連接二極管Q1Q6，發揮出續流的功能作用，Q1Q6二極管作為電動機與直流側之間能量反饋的主要渠道，實現運行信息的準確傳遞。選擇合適的二極管型號完成續流操作，能夠更好地滿足系統運行需求，功率管需要具有較高的輸入阻抗，當處于靜電較強的工作區間時，無法充分釋放功率管中的電荷，因此，需要制定科學的防靜電保護措施，在實際使用過程中保證功率器件處于熱極限內。

3 無刷直流電機的硬件驅動電路的設計要點

1、組合邏輯電路。采用的IR2136專用柵極集成驅動電路，能夠完成高電壓母線功率開關的驅動工作，自帶高壓側、低壓側獨立輸出通道，通過自舉技術的運用，只需要單一的直流電源，就能夠保證6路功率開關驅動脈沖的穩定輸出，達到最優的驅動結果。讓驅動電路的設計流程變得更加簡便，驅動芯片中的死區電路具有過流和欠壓保護功能，并通過噪聲濾波器的設置，降低噪聲污染問題的發生，全面提高無刷直流電機的硬件驅動電路的設計效果，保證電機運行的穩定性。

2、過流保護設計。過流保護電路設計的主要目的是，針對在電機運行過程中出現的過電流，制定出科學的安全保護措施，驅動電路的控制系統出現過電流的第一時間，自動關閉三相逆變橋的功率管，通過系統監測采集母線電流的具體數值。并根據標準數據進行對比分析，運用精密度較高的采樣電阻對母線電流信號進行轉換，得到電壓信號SAM，經過濾波處理后將數值發送到比較器，與標準的預設基準值進行對比分析，將產生的過流信號OC，輸出到組合邏輯電路進行系統運算。當電流過大OC信號呈現低電平狀態，停止電機運行進行數值調整。

4 硬件驅動電路仿真結果分析

驅動電路仿真分析主要目的是對驅動電路的可行性進行分析，按照電路功能模塊的運行順序逐步進行仿真分析，根據得到的數據結果進行系統可行性結論，在進行驅動電路的仿真分析時，需要進行轉速調整，參考電機運行過程中的目標轉速，按照順時針的方向進行運轉，觀察電機運行結果，并以此作為性能分析的主要依據。電機啟動后觀察電機轉速穩定的數值區間，采用Proteus仿真軟件分析仿真電機轉速，與設定的轉速標準數值之間的誤差大小，仿真環境下無法保證系統數據的實時性，系統的運行具有延時性，最終形成誤差，通過驅動電路仿真分析驗證驅動電路的可行性。

總結：傳統電機的控制開關處于獨立配置電源內，無法保證運行的可靠性，因此，需要創新硬件驅動電路設計，簡化電路設計流程，通過性能測試保證設計結果的可靠性。在進行無刷直流電機驅動功率芯片選擇的過程中，需要結合傳統技術工藝進行三項全控橋式電路設計，能夠自動通過DSP接收霍爾位置傳感器傳輸的信息內容，并以此作為換相處理的主要依據，按照一定順序對功率開關進行關閉和導通。

參考文獻：

[1] 王宇波. 無刷直流電機的硬件驅動電路研究[J]. 數碼世界，2020（3）：48.

[2] 孫莉莉，彭浩，雷永鋒. 基于雙向準Z源逆變器的無刷直流電機驅動系統研究[J]. 中國農機化學報，2020，41（9）：124-130.

[3] 趙軒浩，高理富，曹會彬，等. 基于DRV8323RS的無刷直流電機驅動器設計[J]. 儀表技術，2020（2）：5-9，13.

作者簡介：

趙齊，男，1988年8月生，漢族，四川德陽人，學歷：學士，職稱：初級工程師，研究方向為電力電子技術 單位：二重德陽儲能科技有限公司。