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电调之换相电路分析

 昵称35883201 2017-08-24

    电调就是无刷电机的驱动电路,关于无刷电机驱动器的设计,有兴趣的可以参考《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》,这篇文章对无刷电机驱动器设计从软件到硬件都做出了详细的讲解。本人刚刚略读了一遍,觉得写得非常好,是学习电调设计的一个入门利器。

    无刷电机驱动器的换相电路,主要看下图,基本上大同小异。

Q1到Q6为场效应管,当需要AB相导通时,只需打开Q1,Q4管,而使其他管保持截止。此时电流的流经途径为:正极->Q1->绕相圈A->绕相B->Q4->负极。根据这样的导通模式:AB,AC,BC,BA,CA,CB即可使电机转一圈。

    这里在AB导通的过程中,A点的电位就近似认为是12V,而B点电位就近似为0。为了要导通Q4,Q4的栅极电压必须大于3V即可,IR2301的LO端输入足以驱动使其导通。但如果要Q1导通,则要在栅极至少加载3+12=15V的电压,这个已经超过了电源电压。这个先留着看下面这个图。

 
 

    这部分电路的作用是换相,知道作用了就要具体的分析一下了。上面的HO输出电压无法是Q1导通,这时候就引入了二极管D1跟电容C1组成的自举升压电路。可能有人注意到C1的下端是接在VS端的,跟HO好像没有关系,IR2303S的数据手册明确写出了HO的电压(VS—VB)也就是最大可以达到VS,这时候就足以使Q1导通了。

    在Q1的栅极串了一个30R的电阻,而在Q2的栅极没有串电阻。主要有三个原因:第一,无刷电机的驱动采用H_PWM—L_ON的方式,也就是在Q1的栅极采用的PWM波,这就又可能会和栅极的极电容因起振荡,而串上R19增大阻尼而减少振荡的效果。第二,当栅极电压拉高时,首先会对栅极电容充电,充电峰值电流0.5A(I=Qg/(td(on)+tr))根据数据手册可以计算出。可见已经超过了2301的驱动能力,而加上R19可放慢充电时间而减少栅极充电电流。第三,当栅极关断时,D-S极从导通变为截止,Vds的电压迅速增大,这样就有可以击穿电压,R19减小这种变化,起到保护的作用。在下臂采用常开就不用出现振荡跟击穿这些情况,所以就不用加了。

    另外,在VCC和GND之间串接一个大电容,因为芯片和电机用的同一个电源供电,这样可能会造成电压不稳。接入这个大电容,就像一个小电池,可以在电压不稳的时候放电从而使芯片正常工作。

   另外一种不需要自举升压的换相电路如下,将上臂桥的三个N管换成P管,再增加一个三极管。

    分析一下这个电路的工作原理。以STEUER_A+为例,当STEUER_A+=0时,三极管截止,NA+不导通,从而VCC无法通过。当STEUER_A+=1时,首先三极管导通,从而将MOS管栅极拉低,此时MOS管Vgs<0,MOS管导通,便可以通过一开始讲的换相原理进行换相。在这个电路中采用H_ON、L_PWM的导通方式。    
    就这么一个简单的电路,其中蕴含了许多的电路知识。如果有错误,希望看到的人能指出。嘿嘿。 

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