永磁同步電機之永磁無刷直流電動機的控制器

控制器是永磁無刷直流電動機的重要組成部分，其主要作用是實現(xiàn)無刷直流電動機的換向、調速和起動等功能，主要包括逆變開關電路、開關信號驅動放大電路和控制電路，如圖7一41所示。

一、逆變開關電路

對于不同相數(shù)、不同工作方式的永磁無刷直流電動機，其逆變開關電路的拓撲結構不同，其中圖7一41所示三相橋式逆變電路應用最為廣泛。它主要包括整流電路IR：、濾波電路、緩沖吸收電路和逆變橋。整流橋IRI和濾波電容Cl將交流輸人電壓轉換為直流電壓，形成低內阻直流電壓源，電容CI與繞組這一感性負載交換無功功率，保證電機系統(tǒng)輸人端具有較高的功率因數(shù)。緩沖吸收電路由無感電容Q 、快速恢復二極管VD7和電阻RZ構成，主要作用是吸收逆變開關動作時在繞組電感上產生的尖峰電壓，保護逆變開關。對于小功率逆變電路，可以只在電源母線上連接一個吸收電路；對于大功率的逆變電路，需要在每一開關旁邊連接一個吸收電路，并且吸收電路要盡可能靠近開關。逆變電路由功率開關VTI一VT6和續(xù)流二極管Vl ) 1一VD6構成，它是逆變電路的核心部分，常用的功率開關為功率場效應晶體管MOSFET 、絕緣柵晶體管IGBT和智能功率模塊（IPM）。功率場效應晶體管MOSFET具有驅動功率小、開關頻率高、導通電阻具有負溫度系數(shù)的優(yōu)點，非常適合于低電壓、大電流的驅動場合。絕緣柵晶體管IGBT的優(yōu)點在于驅動輸人阻抗高、開關損耗小、飽和壓降低、通斷速度快、熱穩(wěn)定性能好、耐高壓且能承受大電流、驅動電路簡單，其對應的IGBT功率模塊品種多樣，應用日益廣泛。由IGBT單元構成的功率模塊也得到了迅速發(fā)展，智能功率模塊不僅包括功率開關單元和驅動電路，還具有保護和報警功能，簡化了電路結構，縮短了開發(fā)周期。 IGBT 、 IPM適用于變頻器、直流調速系統(tǒng)、 DCeL尤變換器以及有源電力濾波器等，目前，富士、三菱、西門子均有多種規(guī)格的IPM智能功率模塊。

二、驅動電路

驅動電路的作用是將控制電路輸出的脈沖信號進行功率放大，以驅動MOSFET或IG -BT，對驅動電路的基本要求如下：

( 1）提供適當?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使功率開關管可靠地開通和關斷。( 2）提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流，使功率開關管能迅速導通。

( 3）盡可能小的輸人輸出延遲時間。

( 4）足夠高的輸人輸出電氣隔離性能，使信號電路與驅動電路隔離。

( 5）具有靈敏的過電流保護能力。

驅動電路有多種形式，按照驅動電路的組成不同可分為由分立元件組成的驅動電路和集成驅動電路；按照驅動方式不同可分為直接驅動和隔離驅動。圖7一42為美國IR公司生產的橋式驅動集成電路芯片IR2 110，它兼有光藕隔離和電磁隔離的優(yōu)點，體積小，速度快，是中小功率變換裝置中驅動器件的首選。 IR2110是一種雙通道、柵極驅動、可驅動高壓高速功率器件的單片式集成驅動模塊，在芯片中采用了高度集成的電平轉換技術，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制要求，同時提高了驅動電路的可靠性。上橋采用外部自舉電容上電，使得驅動電源數(shù)目較其他IC驅動電路大大減少。對于三相橋式逆變器，采用3片IR211 。驅動3個橋臂，僅需一路10一20V電源，大大縮小了變壓器體積，減少了電源數(shù)目，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性。IR2110由低壓側驅動電路、高壓側驅動電路、電平轉換電路以及輸人邏輯電路等部分組成，輸人邏輯電路與TTL / CMOS電平兼容。當下橋導通、上橋關閉時，LO輸出高電平，VTZ導通，HO與VS導通，VTI關斷，VCC經(jīng)VD3 、 C：、 VTZ給Cl充電；當上橋導通、下橋關閉時，LO輸出低電平，VTZ關斷，HO與VB導通，Cl經(jīng)VB 、 HO 、 R；放電，VTI導通。