在电动机控制应用中大功率与智能的结合

现在,许多电动机控制设计中使用微控制器(mcu)或者数字信号控制器(dsc)来执行电动机控制算法。最近十年来,mcu和dsc的成本已经大幅度下降,如今,低价位的产品也可以使用这类器件,因而受益匪浅。mcu或dsc的输入/输出是逻辑电平的信号。本文介绍这些器件的输入/输出与大功率电子驱动电路之间的连接方法和技巧。
  
  在设计接口电路时,除了在价格和性能之间需要折衷,还有很多方面需要权衡。在选择接口元件时,可以按下面的顺序逐步进行。
  
  * 需要带动的是那种类型的电动机?
  
  * 使用那种算法来控制电动机?
  
  * 使用控制器的外围设备可以简化对接口的哪些要求?
  
  * 对於电气方面的安全,有什麽要求?
  
  * 设计完成後是否进一步发展成为产品?
  
  栅极驱动接口电路

  许多类型的电动机是用半桥输出电路来控制的,其中包括有电刷直流电动机、无电刷直流电动机、交流感应电动机以及永磁交流电动机。功率级电路需要一个栅极驱动接口电路来推动,它至少应当具有以下功能:

  * 把mcu的输出逻辑电平转换为10 v至15 v的电平,加在晶体管的栅极和源极之间。
  
  * 在功率晶体管开通和关断时提供相当大的驱动电流,以克服密勒(miller)电容的影响。

  对於栅极驱动电路,高端输出器件向来是个问题。功率输出电路中的高端和低端输出器件最好是用n沟道器件。在硅片尺寸和击穿电压一定的情况下,p沟道器件的导通电阻总是高於与之相当的n沟道器件。使用p沟道器件,可以简化栅极驱动电路,但是会增加设计的成本。硅片的尺寸就是金钱,p沟道器件的成本总是高於与之相当的n沟道器件。

  在功率级电路中,用於推动低端器件栅极的驱动电压是很容易产生的,因为低端器件各点的电位是相对整个线路的地而言的。栅极控制电压一定是相对於源极电压而言的。对於高端晶体管,栅极控制电压是满摆幅的。因此,在功率放大电路中,要求用於高端器件栅极的驱动电压是在源极电压的基础上浮动。

  今天,可以选用价格不高的集成电路来简化栅极驱动电路的设计。有一些比较简单的驱动电路,它们提供大电流,但没有高端器件所需要的电平转换电路。有一些大电流驱动器中则包含电平转换电路,可以直接地连接到逻辑器件和大功率器件。选用什麽样的栅极驱动器,也与设计对隔离的要求有关。往往用光耦合器,以满足对电平转换的要求,并且可以在设计中采用比较简单的栅极驱动器集成电路。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计