一种消除无刷直流电机换相死区的方案设计

　　徐敬成1，凌  云2（1. 江苏省溧水中等专业学校，江苏 南京 211200；2. 湖南工业大学，湖南 株洲 412007）
　　摘  要：为防止无刷直流电机在换相时因上下桥臂直通而形成电源和开关器材损坏，规划了一种消除换相死区的计划。先由信号延时电路错开两路互补PWM波，再经过死区触发电路在换相极短的时刻内操控悉数开关器材断开，然后使得流过上下桥臂不会产生直通现象，能够有用处理上述换相死区问题。
　　关键词：无刷直流电机；直通；换相；死区

　　0 导言

　　无刷直流电机在做换相时，其桥臂上电力电子开关器材的导通情况往往不是非常抱负。当逆变器因为切换不及时导致同侧上下桥臂直通时，假如两头施加电压，将导致电源短路和桥臂电力电子开关器材损坏^[1]。因而为了防止上下桥臂直通，有必要在其注册和关断之间参加必定的延时时刻，也便是死区时刻。依据开关器材特性，周期切换时开关器材的导通情况如图1所示。关于同一个开关器材，导通时电流落后电压时刻为 t₁ ，电流上升时刻为 t₂ ；关断时电流落后电压时刻为 t₃ ，电流下降时刻为 t₄ 。通常情况下， t₃ 与 t₄ 之和往往大于 t₁ 与 t₂之和，前者是后者的几倍。两者之间的差值便是操控体系所具有的最小死区时刻。通常情况下，最佳死区时刻视具体情况要几倍于最小死区时刻。死区时刻也不是越大越好，过大会导致输出波形失真以及输出功率下降。

　　现在使用最广泛的换相死区调整办法是经过PWM操控技能来优化换相死区。文献^[2]经过对开关器材管压降进行补偿来优化调理特性的死区。文献^[3]提出一种自适应消除PWM死区的办法，能够负载改动主动计算出最优电感电流过零区域宽度，然后取得最佳死区消除效果。本文提出一种先经过信号延时使得两路互补PWM波错开极短时刻，在此前提下再由死区触发电路供给一段在死区时段内能关断一切开关器材的触发操控时刻，然后防止呈现上下桥臂直通现象。
　　1 体系计划规划

　　无刷直流电机操控体系框图如图2所示。单片机操控模块宣布两路互补PWM信号P1和P2，其间信号P1别离经过信号延时电路和死区触发电路得到延时信号P6和触发操控信号P5，接着P2和P6两路信号操控光耦内部的通断，而信号P5则决议光耦信号能否输出至电机驱动模块。

　　2 电路规划

　　2.1 单片机操控模块

　　单片机操控电路如图3所示。经过调整电位器RW₁接入电路的阻值能够设置不同等级的速度给定电压，由单片机引脚P0.1接纳后经过内部ADC将速度巨细的模拟量转换为数字量。别的开关 SW₁ 的通断能够操控单片机引脚P0.2的电平凹凸，然后设置电机旋转方向。单片机经过内部定时器宣布互补PWM波，别离经过引脚P1.0和P1.1输出。霍尔脉冲信号和电机驱动电路维护信号则别离输入至单片机引脚P1.2和P0.0。

　　2.2 信号延时与死区触发模块

　　信号延时与死区触发电路如图4所示，相关信号波形如图5所示。输入端TP 1中的信号P 1经过电阻 R₂ 、电容 C₁ 和驱动门U 1完成了信号推迟，得到推迟后的信号P 6，经过输出 端 TP6 输 出 。 信号推迟时刻 T₁ 由电阻 R₂ 与电容 C₁ 的乘积决议。信号P 1经信号延时电路输出的信号P 6，其脉冲信号电平改动的时刻要稍稍晚于信号P2，这样一来就为消除无刷直流电机换相死区做了开始处理。电容 C₂ 、电阻 R₃ 、二极管 D₁ 和反相器U 2组成针对输入信号P1的上升沿检测电路，即反相器U2的输出信号P3为检测到信号P1上升沿之后输出与之相应的负脉冲^[4]。相同的，反相器U3、U4、电容 C₃ 、电阻 R₄ 和二极管 D₂ 组成针对输入信号P1的下降沿检测电路。当输入信号P3、P4中有负脉冲产生时，与非门U5输出一个正脉冲信号P5，即死区触发信号，经过输出端TP5输出。驱动门U1能够由2个带施密特输入的反相器组成，反相器U2、U3、U4能够挑选CD40106，与非门U5能够挑选74HC14。

　　严格来说， T₁ 包含RC电路迟滞时刻以及门电路U1的推迟时刻。在挑选参数时，要使死区触发持续时刻要恰当大于信号推迟时刻，即 T₂ 的值和 T₃ 的值均大于 T₁的值，这样能够确保在死区触发时段内分时操控信号能在极短时刻内错开。

　　2.3 触发操控模块

　　触发操控电路如图6所示。光耦芯片U6、U7能够挑选TLP521。经过挑选适宜的输入限流电阻 R₅ 、 R₈ 和输出限流电阻 R₆ 、 R₉ 能够起到维护电路的效果，死区触发信号P5操控三极管 T₁ 、 T₂ 的通断，结合光耦芯片一起操控开关器材操控端GA、GB的电平凹凸。

　　2.4 无刷直流电机驱动模块

　　无刷直流电机驱动电路如图7所示。驱动模块选用H桥操控办法^[5]，其间逆变电路上桥臂开关管 VT₁ 和VT₃ 选用P沟道MOS管，下桥臂开关管 VT₂ 和 VT₄ 选用N沟道MOS管。Hall电路用于检测转子方位信号，得到脉冲反应信号传输至单片机来进行闭环调速。 If 为过流维护端，经过调整采样电阻 R₉ 的阻值即可设定过流值。 N 沟道和 P 沟道 MOS 管能够别离选用 IRF540和 IRF9540 。

　　3 定论

　　本文论述了无刷直流电机换相死区问题，并且规划了一种消除无刷直流电机换相死区的计划。先由信号延时电路错开两路互补PWM波来对换相死区做开始处理，再经过上升、下降沿检测电路取得死区触发信号，在流过上下桥臂开关器材的电流即将产生直通时，设置极短的时刻使得全桥开关器材关断，有用处理了上述换相死区问题。该计划不光结构简略，易于制作，并且还能够在此电路基础上做更为先进的规划改造。
　　参考文献

　　[1]毛华龙. 逆变器死区效应与补偿办法的研讨[D].上海:上海大学,2014.
　　[2]徐祖华,盛义发,朱慧玲.减小无刷直流电动机死区的研讨[J].南华大学学报(理工版),2002(04):71-73+78.
　　[3]杨波,吴建德,李武华,何湘宁. 在线自适应PWM死区消除办法[J].电工技能学报,2011,26(11):45-52.
　　[4]凌云,徐敬成,侯文浩,等. 自耦补偿式沟通稳压器[P]. 湖南省：CN109471478A,2019-03-15.
　　[5]徐敬成,凌云,李明,侯文浩.新式直流电机PWM调速设备规划[J].新式工业化,2018,8(07):12-16.

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第02期第33页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。