永磁同步电机之永磁无刷直流电动机的控制器

控制器是永磁无刷直流电动机的重要组成部分，其主要作用是实现无刷直流电动机的换向、调速和起动等功能，主要包括逆变开关电路、开关信号驱动放大电路和控制电路，如图7一41所示。

一、逆变开关电路

对于不同相数、不同工作方式的永磁无刷直流电动机，其逆变开关电路的拓扑结构不同，其中图7一41所示三相桥式逆变电路应用最为广泛。它主要包括整流电路IR：、滤波电路、缓冲吸收电路和逆变桥。整流桥IRI和滤波电容Cl将交流输人电压转换为直流电压，形成低内阻直流电压源，电容CI与绕组这一感性负载交换无功功率，保证电机系统输人端具有较高的功率因数。缓冲吸收电路由无感电容Q 、快速恢复二极管VD7和电阻RZ构成，主要作用是吸收逆变开关动作时在绕组电感上产生的尖峰电压，保护逆变开关。对于小功率逆变电路，可以只在电源母线上连接一个吸收电路；对于大功率的逆变电路，需要在每一开关旁边连接一个吸收电路，并且吸收电路要尽可能靠近开关。逆变电路由功率开关VTI一VT6和续流二极管Vl ) 1一VD6构成，它是逆变电路的核心部分，常用的功率开关为功率场效应晶体管MOSFET 、绝缘栅晶体管IGBT和智能功率模块（IPM）。功率场效应晶体管MOSFET具有驱动功率小、开关频率高、导通电阻具有负温度系数的优点，非常适合于低电压、大电流的驱动场合。绝缘栅晶体管IGBT的优点在于驱动输人阻抗高、开关损耗小、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐高压且能承受大电流、驱动电路简单，其对应的IGBT功率模块品种多样，应用日益广泛。由IGBT单元构成的功率模块也得到了迅速发展，智能功率模块不仅包括功率开关单元和驱动电路，还具有保护和报警功能，简化了电路结构，缩短了开发周期。 IGBT 、 IPM适用于变频器、直流调速系统、 DCeL尤变换器以及有源电力滤波器等，目前，富士、三菱、西门子均有多种规格的IPM智能功率模块。

二、驱动电路

驱动电路的作用是将控制电路输出的脉冲信号进行功率放大，以驱动MOSFET或IG -BT，对驱动电路的基本要求如下：

( 1）提供适当的正向和反向输出电压，使功率开关管可靠地开通和关断。( 2）提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使功率开关管能迅速导通。

( 3）尽可能小的输人输出延迟时间。

( 4）足够高的输人输出电气隔离性能，使信号电路与驱动电路隔离。

( 5）具有灵敏的过电流保护能力。

驱动电路有多种形式，按照驱动电路的组成不同可分为由分立元件组成的驱动电路和集成驱动电路；按照驱动方式不同可分为直接驱动和隔离驱动。图7一42为美国IR公司生产的桥式驱动集成电路芯片IR2 110，它兼有光藕隔离和电磁隔离的优点，体积小，速度快，是中小功率变换装置中驱动器件的首选。 IR2110是一种双通道、栅极驱动、可驱动高压高速功率器件的单片式集成驱动模块，在芯片中采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。上桥采用外部自举电容上电，使得驱动电源数目较其他IC驱动电路大大减少。对于三相桥式逆变器，采用3片IR211 。驱动3个桥臂，仅需一路10一20V电源，大大缩小了变压器体积，减少了电源数目，降低了成本，提高了系统可靠性。IR2110由低压侧驱动电路、高压侧驱动电路、电平转换电路以及输人逻辑电路等部分组成，输人逻辑电路与TTL / CMOS电平兼容。当下桥导通、上桥关闭时，LO输出高电平，VTZ导通，HO与VS导通，VTI关断，VCC经VD3 、 C：、 VTZ给Cl充电；当上桥导通、下桥关闭时，LO输出低电平，VTZ关断，HO与VB导通，Cl经VB 、 HO 、 R；放电，VTI导通。