純硬件電路是如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)控制器的？

用分立器件搭建的輸出12V的“高壓Buck降壓電源”作為風(fēng)機(jī)控制器低壓部分提供電源，輸入為市電，輸出功率50W，效率>90%，電機(jī)的母線電壓是DC310V。該項(xiàng)目與“分立器件搭建的Buck降壓電源”相比，增加了很多功能，還要實(shí)現(xiàn)H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路，無(wú)疑該項(xiàng)目難度比“分立器件搭建的Buck降壓電源”難度大。

在該項(xiàng)目中，本人擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師，主要負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)控制器的硬件開(kāi)發(fā)工作。

針對(duì)該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求，本人在原有的“分立器件搭建的Buck降壓電源”項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行了創(chuàng)新，創(chuàng)新點(diǎn)如下：

①設(shè)計(jì)一個(gè)高壓AC220V輸入的單相50W直流無(wú)刷電機(jī)純硬件驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)有一路霍爾信號(hào)位置反饋，驅(qū)動(dòng)器的輸入是交流220V和電機(jī)的霍爾信號(hào)?；魻栃盘?hào)反應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置信息。驅(qū)動(dòng)器輸出就是H橋開(kāi)關(guān)管按照霍爾信號(hào)的高低電平進(jìn)行不同形式的開(kāi)關(guān)組合，從而使電機(jī)定子產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)來(lái)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)按照這兩種控制就可以產(chǎn)生不同方向的定子磁場(chǎng)，那么我們可以根據(jù)不同的霍爾信號(hào)進(jìn)行不同的開(kāi)關(guān)管控制，從而控制磁場(chǎng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。

控制器的主要單元電路：

1）電源模塊。

2）調(diào)速模塊。

3）驅(qū)動(dòng)模塊。

4）H橋模塊。

5）霍爾模塊。

6）過(guò)流保護(hù)模塊。

7）軟啟動(dòng)模塊。

②純硬件電路實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)：Buck降壓電源僅僅是驅(qū)動(dòng)電感，控制功率電感充電和放電，使輸出穩(wěn)定的12V電壓和最大2A的電流，就可以滿(mǎn)足項(xiàng)目需求。為了能夠達(dá)到H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用單管MOSFET方案很難達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。本人在方案上采用了H橋四個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)方案，使用四個(gè)MOSFET實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。常用的H橋控制電路缺點(diǎn)比較多，不能保證風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間、高溫下運(yùn)行。但是本人對(duì)H橋控制電路進(jìn)行了創(chuàng)新，本項(xiàng)目采用的是另外一種H橋控制電路方式：驅(qū)動(dòng)MOSFET電路增加了恒流源，電機(jī)霍爾傳感器，上下橋臂死區(qū)控制方式等等。該方式的優(yōu)點(diǎn)是：上下橋MOSFET不會(huì)直通串紅，MOSFET的柵極米勒效應(yīng)干擾大大減小，保證了電機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)行。

③純硬件電路實(shí)現(xiàn)的PWM控制電機(jī)技術(shù)：剛開(kāi)始利用霍爾輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)比較器設(shè)計(jì)的三角波轉(zhuǎn)PWM,調(diào)控MOSFET柵極的占空比或頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)霍爾輸出和PWM共同調(diào)控電機(jī)，減小電機(jī)抖動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)。

④高壓小電流2層PCB layout技術(shù)：考慮到了風(fēng)機(jī)控制器電輸入電壓大，對(duì)驅(qū)動(dòng)管MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)抗干擾性能要求較高，dV/dt斜率不能太大。在PCB設(shè)計(jì)中本人采用了2層板，進(jìn)行PCB layout的設(shè)計(jì)。2層電路板分為高壓部分和低壓部分，由于器件比較多PCB layout器件密度大、布局比較難等特點(diǎn)。但是注意安規(guī)（電氣間隙、爬電距離等等）、合理的布局、合理的PCB layout，最終還是解決這個(gè)難題。

本人在控制器的原理圖設(shè)計(jì)、layout、器件選型等設(shè)計(jì)中，把上面的創(chuàng)新點(diǎn)運(yùn)用到產(chǎn)品中，經(jīng)過(guò)本人親自理論計(jì)算、Multisim的仿真、調(diào)試、試驗(yàn)等追蹤，控制器最終產(chǎn)滿(mǎn)足了客戶(hù)要求。本款控制器研發(fā)成功，攻克了公司多年來(lái)對(duì)高壓大電流控制器的技術(shù)難題，為公司帶來(lái)了好的聲譽(yù)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，在業(yè)界也是處于領(lǐng)先地位。

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