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基于IPM的三相无刷直流电机控制系统的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-06-25 13:52:47



    IPM用的隔离光耦要求上升沿延时tPLH<0.8μs,下降沿延时tPLH tPHL<0.8 μ s,共模抑制比CMR>10kV/μs,因此选用HCPL4504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0.1 μ F的退耦电容。
3.1.1 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+15V, VUPC为电源地,UP为驱动控制信号的输入端。由DSP输出的一路上桥臂PWM信号和VCC分别接高速光藕HCPL4504的3、2管脚,当PWM信号为低电平时,HCPL4504的5、6将会导通,从而使控制信号输入IPM模块UP端,控制相应桥臂的IGBT导通。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压15V电源,且接1只10 μ F的退耦电容器以滤去共模噪声。R15根据HCPL4504光耦输入电流要求(25mA)选取为200 Ω。R16根据IPM驱动电流选取,且尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声,另一方面又要足够可靠地控制IPM,本系统选为4.7k Ω。C9为2号端与地间的0.1 μF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IGBT共用l组隔离电源供电。
3.1.2 三路下桥臂驱动电路
    图2中IPM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DSP产生的三路PWM2、PWM4、PWM6信号输入IPM的UN,VN,WN端,分别控制其下桥臂对应的IGBT开关管的通断。
3.2 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di/dt,dv/dt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3为常用的大功率IPM缓冲电路。R,C,VD值的选取原则为:一般电阻电容值按经验数据选取,如PM200DSA060电容值为0.47~2 μ F,耐压值是IGBT的1.1~1.5倍,电阻值10~20Ω,电阻功率为
    式中:f为IGBT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RC时间常数应设计为开关周期的1/3,即τ=T/3=1/(3f)。二极管选用快恢复二极管。为保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。
3.3 IPM的保护电路
    在以DSP芯片为核心的控制系统中,利用DSP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FO信号。图4为IPM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7407的OC门之后再经过一个上拉电阻就可直接输入DSP的PDPINT引脚。正常工作时,所有的FO信号均为高电平,从而PDDPINT也为高电平,一旦任何一路桥臂有故障发生,则PDPINT变为低电平,从而触发DSP的电源保护中断,使其所有的PWM输出引脚均呈高阻状态,起到对IPM模块的保护作用。

4 检测模块的设计
4.1 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DSP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相间隔间的平均角速度。

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