无刷直流电机的硬件驱动电路研究

摘 要：电力电子技术的创新，让高性能永磁材料迎来了全新的发展机遇，无刷直流电机开始逐渐在航空、医疗等众多自动化领域得到飞速发展，无刷直流电机的硬件驱动，需要通过数字化控制电路的设计，保证无刷直流电机之间的有效联系。本文主要探讨了无刷直流电机的硬件驱动电路，希望能够保证电机运行的稳定性，降低功能消耗和噪声污染问题的发生，全面提高驱动电路的工作效率。

关键词：无刷直流电机;硬件驱动;电路研究

采用浮点运算能够简化智能控制算法，提高储存器的储存容量，运用丰富的外设资源，完成现代化电力电子技术的应用需求，运用功率电子开关替代传统电机中的电刷，通过霍尔位置传感器替代传统的换相器，能够自动接收数字电路传输的控制信号，保证电流在无刷电机上的合理分配，在设计方案制定的过程中，需要对不同型号的控制器进行对比分析，全面提高信号处理质量。

1 三相逆变功率驱动电路

三相逆变电路的设计，最少需要设置三组六只功率MOSFET，通过时间电角度的测量，寻求恰当的导通MOS管调整时机，当运行一个周期后会形成六种不同的状态，每种状态下产生两只MOS管，三相逆变电路设计需要通过六只MOS管进行通电绕组的切换。选择科学的导通形式完成电子换相处理，将得到的直流电转变为交流电，起到更优的BLDCM运行驱动效果。

在进行子结构定、转组成设计的过程中，需要明确BLDCM属于永磁同步电机的一种，无刷直流电机只是常用的技术名称，“直流”并不代表沿用直流电，由于直流电在向电机定子电枢绕组输送的过程中，须要通过串联的形式，引导其流经特定的MOS管，通过驱动芯片的控制处理，有规律的完成导通、关闭等技术操作。在这一过程中行使逆变器的功能权利，当直流电变为交流电后，电流会经过电机的定子绕组，发生数值变化，当定子绕组中通过直流电时，数值Fa处于恒定不变的状态，无法满足电能与机械能转化的操作要求，想要保证功率驱动任务的顺利开展，需要定子三相绕组中两相按照相应的工作程序完成导通，另一相则处于关闭状态。为了保证对整个工作流程的全面管控，需要在电子换相过程中，保证换相操作的准确性，如果换相处理不及时，会导致电机在运行时出现失去工作规律、发出异常噪声，控制器损坏等问题，严重的甚至造成电机报废问题的发生，需要充分发挥出逻辑性组合电路的运行稳定性。在转子旋转一圈后，通过位置传感器对电机的运行状态进行检测，一直到转子位置为止共发生六次变化，每产生一次变化，电路会通过自动化控制，完成电机本体的换相操作。

组合逻辑电路能够自动进行多种信号的接收，通过组合逻辑运算对集成门电路进行系统处理，根据工作状态发送控制信号，根据信号指示对逆变桥的六只MOS管进行关闭和导通控制。MOSFET全控器件的使用，能够快速完成开关控制，提高工作频率，扩展安全的工作区域，降低二次击穿问题的发生几率，支持高阻抗的输入，具有良好的热稳定性，起到良好的电路保护作用，有效降低价格成本，满足电机的工作需求，提高系统运行的可靠性。

2 无刷直流电机保护电路设计

想要保证BLDCM驱动电路的稳定运行，需要做好硬件渠道电路的保护工作，保护电路的设计主要分为过流保护、过压保护、欠压保护等内容，在使用过程中当电池的电压阈值低于标准值时，需要设计合理的欠压保护方案，对设备进行停机处理起到电池保护作用。工作人员进行电压数据的采集工作，对母线电压数值进行检测，当超过标准阈值时开展过压保护工作，由控制器发送“停止”信号，自动完成停机处理，保护运行设备的工作状态，在进行电流采样电路、过流保护电路设计的过程中，需要明确控制系统自动化控制操作的基础条件。

防止漏源极间过电压：漏源击穿会产生高电压，为了保证电路的安全性，需要在漏源间进行电路保护措施的开展，避免产生漏极尖峰电压，对功率管造成破坏，运行过程中形成的过电压与MOS开关的频率之间呈正比，工作人员需要采用RC缓冲电路，或设置齐纳二极管钳位保证压力的稳定性。在MOS管中分别并联连接二极管Q1Q6，发挥出续流的功能作用，Q1Q6二極管作为电动机与直流侧之间能量反馈的主要渠道，实现运行信息的准确传递。选择合适的二极管型号完成续流操作，能够更好地满足系统运行需求，功率管需要具有较高的输入阻抗，当处于静电较强的工作区间时，无法充分释放功率管中的电荷，因此，需要制定科学的防静电保护措施，在实际使用过程中保证功率器件处于热极限内。

3 无刷直流电机的硬件驱动电路的设计要点

1、组合逻辑电路。采用的IR2136专用栅极集成驱动电路，能够完成高电压母线功率开关的驱动工作，自带高压侧、低压侧独立输出通道，通过自举技术的运用，只需要单一的直流电源，就能够保证6路功率开关驱动脉冲的稳定输出，达到最优的驱动结果。让驱动电路的设计流程变得更加简便，驱动芯片中的死区电路具有过流和欠压保护功能，并通过噪声滤波器的设置，降低噪声污染问题的发生，全面提高无刷直流电机的硬件驱动电路的设计效果，保证电机运行的稳定性。

2、过流保护设计。过流保护电路设计的主要目的是，针对在电机运行过程中出现的过电流，制定出科学的安全保护措施，驱动电路的控制系统出现过电流的第一时间，自动关闭三相逆变桥的功率管，通过系统监测采集母线电流的具体数值。并根据标准数据进行对比分析，运用精密度较高的采样电阻对母线电流信号进行转换，得到电压信号SAM，经过滤波处理后将数值发送到比较器，与标准的预设基准值进行对比分析，将产生的过流信号OC，输出到组合逻辑电路进行系统运算。当电流过大OC信号呈现低电平状态，停止电机运行进行数值调整。

4 硬件驱动电路仿真结果分析

驱动电路仿真分析主要目的是对驱动电路的可行性进行分析，按照电路功能模块的运行顺序逐步进行仿真分析，根据得到的数据结果进行系统可行性结论，在进行驱动电路的仿真分析时，需要进行转速调整，参考电机运行过程中的目标转速，按照顺时针的方向进行运转，观察电机运行结果，并以此作为性能分析的主要依据。电机启动后观察电机转速稳定的数值区间，采用Proteus仿真软件分析仿真电机转速，与设定的转速标准数值之间的误差大小，仿真环境下无法保证系统数据的实时性，系统的运行具有延时性，最终形成误差，通过驱动电路仿真分析验证驱动电路的可行性。

总结：传统电机的控制开关处于独立配置电源内，无法保证运行的可靠性，因此，需要创新硬件驱动电路设计，简化电路设计流程，通过性能测试保证设计结果的可靠性。在进行无刷直流电机驱动功率芯片选择的过程中，需要结合传统技术工艺进行三项全控桥式电路设计，能够自动通过DSP接收霍尔位置传感器传输的信息内容，并以此作为换相处理的主要依据，按照一定顺序对功率开关进行关闭和导通。

参考文献：

[1] 王宇波. 无刷直流电机的硬件驱动电路研究[J]. 数码世界，2020（3）：48.

[2] 孙莉莉，彭浩，雷永锋. 基于双向准Z源逆变器的无刷直流电机驱动系统研究[J]. 中国农机化学报，2020，41（9）：124-130.

[3] 赵轩浩，高理富，曹会彬，等. 基于DRV8323RS的无刷直流电机驱动器设计[J]. 仪表技术，2020（2）：5-9，13.

作者简介：

赵齐，男，1988年8月生，汉族，四川德阳人，学历：学士，职称：初级工程师，研究方向为电力电子技术 单位：二重德阳储能科技有限公司。