《自-基于IPM的三相无刷直流电机控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自-基于IPM的三相无刷直流电机控制系统的设计（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、TS0x28xxx原理与开发我是在变频器生产工厂做,变频器硬件部分我很熟,如你那招人我来帮你搞定硬件部分,如何？ -Mail:基于IPM的三相无刷直流电机控制系统的设计收藏此信息 推荐给好友 200-6-25来源:机电商情网O引言 无刷直流电机因其体积小,重量轻，维护方便，高效节能等一系列优点，被广泛用于各个领域。尤其随着高性能的单片机和专门用途的DS（Diital Sinal Procesor）微处理器和集IGB模块及其驱动和保护于一身的智能功率模块(ntllie PwrModule,PM)的发展，使无刷直流电机的位置检测和换相更加准确稳定。本文以DSP(TMS320L2407A）作为核心的
2、三相无刷直流电机控制系统为研究对象,采用双极性PM(lidth Modulatio)控制技术，利用智能功率模块PM(PM50Sl2）,设计一种电机控制系统，实验结果表明,系统调速范围宽,控制性能良好。1 三相无刷直流电机控制系统 三相无刷直流电机控制系统框图如图所示，系统主要由DSP控制模块、智能功率模块和转子位置检测模块三大部分构成。系统根据转子位置检测模块检测到的电机位置信号,控制SP输出正确的6路M脉冲信号，经过驱动电路以控制智能功率模块中相应功率管的通断,从而实现对电机的正确供电，控制电机正常运行。MS2LF240A模块的介绍 TS32LF2407A模块主要由DS芯片、电源、晶振、外扩
3、AM和输出引脚组成。MS2F2407A有两个事件管理器E和EVB，每个模块包括：两个1位的通用定时器;8个6位的脉宽调制通道(WM)，他们能够实现三相反相器控制,能捕获位置信号,可产生可调死区的各种WM波。该模块在本控制系统中担当着重要的控制角色。 DSP硬件的调试不但需要示波器等传统的仪器，还需要专门的仿真套件，本文使用的是XDS51仿真器，该仿真器包括一个PC插卡和一个JTA接口，通过该接口可以访问DS芯片的所有资源,而且同时可以设置断点、单步执行等,以检验和调试所设计的目标电路是否正确。3 基于PM控制电路的设计 智能功率模块IPM由高速、低功率的IT和优选的门级驱动及保护电路构成。虽然
4、IPM虽有诸多优点，但其内部电路不含有防止干扰的信号隔离电路、自保护功能和浪涌吸收电路,为保证IPM安全可靠，需要设计这部分电路。31 IPM外部驱动电路的设计PM功率驱动电路如图2所示。为了保证强电部分和弱电部分电路的电气隔离，需将控制部分和驱动部分相互隔离。来自SP的6路PWM信号经电阻限流后经高速光耦隔离并放大后接PM内部驱动电路以控制相应开关管工作。IPM的故障信号也需隔离之后送到DSP。UO、VFO、FO、O分别为IP内部的上桥臂三路故障输出信号和下桥臂一路故障输出信号。这些内部故障信号经光耦P81转换为相应的故障输出信号F0、F0、F03和0。IPM用的隔离光耦要求上升沿延时tLH
5、0.，下降沿延时PLH tHL08 s,共模抑制比CMR10kV/s，因此选用HCPL40型高速光耦，且为了提高光耦的转换速度，在光耦输入端接1只01 F的退耦电容。.1一路上桥臂驱动电路以图2中其中一路上桥臂为例来说明驱动电路工作原理，其中VUPI为电源+1V， VC为电源地,UP为驱动控制信号的输入端。由DP输出的一路上桥臂PWM信号和VCC分别接高速光藕HCPL4的3、2管脚，当M信号为低电平时，P4504的5、将会导通,从而使控制信号输入IP模块U端，控制相应桥臂的IGB导通。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压1V电源,且接1只0 F的退耦电容器以滤去共模噪声。R15根据HC
6、404光耦输入电流要求（2A)选取为200 。R根据P驱动电流选取,且尽可能小以避免高阻抗IM拾取噪声,另一方面又要足够可靠地控制IM，本系统选为4k 。C9为2号端与地间的01 滤波电容(上桥臂其它两路连接电路与其类似)。 一般IPM需用四路独立电源来防止内部上下桥路发生直通短路，其中上桥臂每个IGBT需要一个单独的隔离电源供电，共需3组；而下桥臂3个IGB共用l组隔离电源供电。3.1三路下桥臂驱动电路 图中PM模块的三路下桥臂可由一路公共电源统一供电，VNI与VNC分别接电源的+15V与地。由SP产生的三路PWM2、PW4、PWM6信号输入IM的U,VN,WN端,分别控制其下桥臂对应的IG
7、B开关管的通断。. IPM缓冲电路设计 由于IPM在高频开关过程和功率回路寄生电感等叠加产生的i/t,d和瞬时功耗,给器件以较大的冲击,易损坏器件。设置缓冲电路（即吸收电路)就是改变器件的开关轨迹,控制各种瞬态过电压，降低器件开关损耗,保护器件安全运行。 图为常用的大功率IP缓冲电路。R，,D值的选取原则为：一般电阻电容值按经验数据选取，如PM2D60电容值为0.472 F，耐压值是GB的111.5倍，电阻值1020,电阻功率为 式中：为IG工作频率；U为IGBT工作峰值电压;C为缓冲电路与电阻串联的电容。但C时间常数应设计为开关周期的1/3，即=T/31(3f)。二极管选用快恢复二极管。为保
8、证缓冲电路的可靠性,可以根据功率大小选择已封装好的如图3所示的专用缓冲电路。3. PM的保护电路在以DSP芯片为核心的控制系统中,利用SP事件管理器中功率驱动保护引脚(PDPINT)中断实现对IPM的保护。通常1个事件管理器产生的多路PWM可控制多个IPM工作,其中每个开关管均可输出F信号。图4为IP模块故障信号输出原理图。三路上桥臂的故障信号和一路下桥臂的故障信号经过一个74的OC门之后再经过一个上拉电阻就可直接输入DS的PDPIN引脚。正常工作时，所有的FO信号均为高电平,从而PDDNT也为高电平，一旦任何一路桥臂有故障发生,则PDPIN变为低电平,从而触发的电源保护中断，使其所有的WM输
9、出引脚均呈高阻状态，起到对P模块的保护作用。4 检测模块的设计41 位置检测和速度计算 位置检测不但用于换相,而且还用于产生速度控制量。本系统的位置信号是通过3个霍尔传感器得到，每个霍尔传感器都会产生180脉宽的输出信号。3个霍尔传感器的输出信号互差120相位差。这样在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻。将DS设置为双沿触发捕捉中断功能，就能获得这6个时刻，再通过DSP的捕捉口检测电平状态,就可以判断是哪个霍尔传感器的什么沿触发的捕捉中断,确定了换相信息，就可以实现正确换相。位置信号还可以用于产生速度控制量，每个机械转有6次换相，测得两次换相的时间间隔,就可以计算出两次换
10、相间隔间的平均角速度。2 电流检测 电流检测电路由霍尔元件、运算放大器和DSP内部AD转换器组成。由于输出电流信号较弱，需用同相放大器放大。对于三相电机,电流采样只需在电机三相绕组的任意两相上安装两个霍尔元件，来检测电流信号。由于存在下列关系式：i+ib+ic=0，因此只需检测任意两相的电流值，就可得到另外一相的电流值。在每个PWM周期对电流采样一次,采样时刻应在PWM周期的开期间中部，通过DSP定时器启动ADC转换来实现。 软件设计 系统软件采用DP的汇编语言编程，并进行了模块化设计。软件主要包括:主程序，初始化子程序、捕捉中断子程序,A转换子程序，显示子程序等。其中主程序如图5所示,主要实
11、现以下功能。 1)系统初始化程序:主要是对SP,芯片TMS320LF247A的某些系统控制寄存器和IO功能进行设置：如时钟倍频，一些管脚定义为输入I还是基本功能管脚。2)变量初始化:该部分对使用到的常量赋值，并对一些需要初始值的变量赋初值。 3)液晶显示初始化：该部分主要完成对显示器件M602C的初始化设置，如清显示、输入模式、光标位置等。4)设置参考转速子程序：该部分调用键盘程序设定参考转速,调用显示程序显示设置的参考转速。 ）读取位置信号：为了获得位置信号,只要调用一次捕捉中断服务程序,并可对电机进行启动。 6)调速并实时显示转速：程序将在这里等待中断，当有中断产生时，系统响应中断程序，当在等待中断时,根据定时器T1控制是否刷新显示。6 实验及结论 应用以上硬件电路，笔者完成了电机参数为额定功率OOW，额定电压20,额定电流05A,额定转速1 r/mi ，用示波器测量其中一相波形实验，波形如图所示。图6b是转速在100r/mi的U相电压,图a是10rin时的U相电压，探头均衰减1 0倍。实验结果表明：用SP(M20LF240A)为主控芯片,以PM（PM50RSAl0)为功率驱动电路，设计的三相无刷直流电机的启动和稳速控制系统方案可行，系统安全可靠、简单实用。
