三相直流無刷電機驅(qū)動電路圖解

三相直流無刷電機是指具有三相的繞組、無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，并采用直流電經(jīng)過逆變電路進行驅(qū)動的電機。

與傳統(tǒng)的有刷直流電機相比，直流無刷電機采用了電子換向取代有刷電機的機構(gòu)換向，取消了電刷和換向器；并將原有有刷電機中的定轉(zhuǎn)子顛倒,即電樞繞組在定子上，與靜止的電子換相電路聯(lián)接方便，勵磁在轉(zhuǎn)子上，為永磁體，不需要勵磁繞組，也更不需要向轉(zhuǎn)子通電的滑環(huán)和電刷；在有刷電機中，換向器在轉(zhuǎn)子上，它能保證當(dāng)電樞導(dǎo)體從一個定子磁極下轉(zhuǎn)到另一個極下時其中的電流同步改變方向，直流無刷電機電樞繞組中電流方向的改變由功率管的開關(guān)來控制，為保證開關(guān)信號與轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過的位置同步，需要有檢測轉(zhuǎn)子位置角的傳感器。其基本組成部分如圖：

除了基本的三相逆變?nèi)珮螂娐吠?，直流無刷電機驅(qū)動電路還需具備各點的采樣電路。驅(qū)動電路主要的有以下幾部分構(gòu)成

三相逆變橋電路

電流采樣電路

直流母線電壓采樣電路

霍爾編碼器驅(qū)動電路

1.三相逆變?nèi)珮螂娐?/p>

三相逆變橋電路采用IR2101S加MOS驅(qū)動方式。IR2101S本身是半橋驅(qū)動，采用上橋跟下橋驅(qū)動方式，也就是一路驅(qū)動需要1個IR2101S和2個MOS管，總共3路。所以電機驅(qū)動很大部分成本在這里面。而且根據(jù)需要應(yīng)用的場合不同，需要MOS管功率不同，這時就需要考慮成本盡量選用性價比高的MOS管。電路如圖

其中U2為IR2101S，Q1，Q2是IRF540NN溝道MOS管，D2、C3組成上橋自舉電路，R3，R13為MOS管基極限流電阻。R15為驅(qū)動采樣功率電阻，大負(fù)載時可以更換大功率電阻，防止電流過大燒毀電阻。R9、R10為單片機控制引腳到IR2101S限流電阻。

自舉電路也叫升壓電路（這個電路在三相逆變橋電路中起到很關(guān)鍵的作用）。原理是利用自舉升壓二極管，自舉升壓電容等元件，使電容放電電壓和電源電壓疊加，從而使電壓升高（類似于升壓電路），有的電路升高的電壓可達到數(shù)倍電源電路。

這就是利用自舉來抬高電壓的。通常用一個電容和一個二級管，電容存儲電荷，二極管防止電流倒灌，頻率較高的時候，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容的電壓，起到升壓的作用。同時自舉電容的容值也不能過大也不能過小，需根據(jù)開關(guān)頻率選擇適當(dāng)?shù)娜葜怠?/p>

2.電路采樣電路

電機控制最基本的要求就是獲取電機的電流信息。在每個半橋的下臂都加了一個0.05歐2W的采樣電阻，如圖：

采集電機相線上電流，原理是電流流過功率電阻，產(chǎn)生電壓，經(jīng)過差分放大電路放大5 倍，（5倍是10/(1+1)）后送到單片機進行處理。電容起到濾波作用，三路電流采樣一樣，這里只列舉一路。

同時，為了給采樣電路提供1.65V的參考電壓，我們采用運放搭了個參考電壓電路，也稱跟隨器。利用電阻分壓出1.65V，經(jīng)過跟隨器輸出穩(wěn)定的電壓。

3.直流母線電壓采樣電路

直流母線電壓采樣電路主要是監(jiān)控直流電源電流的大小，一可以計算電機的功率，二可作為硬件過載保護的措施。

采集電機母線上電流，原理是電流流過功率電阻，產(chǎn)生電壓，經(jīng)過差分放大電路放大5 倍，（5倍是10/(1+1)）后送到單片機進行處理。電容起到濾波作用。

硬件過流我們采用比較器電路，母線總電流流過功率電阻產(chǎn)生電壓，正常時，功率電阻上電壓低于比較電壓，比較器輸出高電平，不故障，當(dāng)功率電阻上電壓高于比較電壓，比較器輸出低電平，故障，電機停轉(zhuǎn)。目前比較值為3V。

4.霍爾編碼器驅(qū)動電路

霍爾編碼器驅(qū)動電路主要的功能是采集電機的旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速，以此可對電機形成閉環(huán)控制。霍爾編碼器接口采用標(biāo)準(zhǔn)的5線霍爾接線方式，由上拉電阻，限流電阻和濾波電容組成，確保采集信號干凈無雜波。接線時注意接線順序，電機參數(shù)里都有霍爾線順序，一般根據(jù)顏色去區(qū)分。

具備了以上這幾個電路之后，便可對三相直流無刷電機進行有效的控制，適用于各種常用的電機控制算法，比如V/F控制（也就變頻控制）、FOC控制（磁場定向控制）等。