无刷电机驱动器预研笔记

winnie

写这篇笔记的目的是为了给正打算做同类项目的朋友一个参考，更重要的是广泛征求做过类似项目的各位前辈的意见。一个人的思考能力和经验是有限的，希望更多人能从中获得思路和启发，更希望前辈们能够指出设计中存在的问题与隐患。

  小弟最近一个伺服驱动项目，控制某大型阀门。选用无刷电机做动力电机。控制方略采用典型的双环控制-- 速度内环+位置外环。反馈器件选用精密塑料电位器。控制算法采用分段PID控制，期望得到最快的响应以及最佳的随动性能。
  第一步是需要解决无刷电机驱动器的问题。国内各厂家的答复基本上都是要定做，成本较高。于是打算自己设计，以完全掌控成本。无刷电机在国内应用较少，因此无刷电机驱动在国内很多厂家搞得神神秘秘的，设计资料极少。

   驱动器要求：1.300V直流供电，200~6KW功率
  
  主要参考以下资料

  资料名                                资料出处          资料索引号

  1.MC33035 Datasheet                   安森美半导体      MC33035
  2.IR2130  Datasheet                   国际整流器        IR2130
  3.Using the ML4425/ML4426             仙童半导体        AN-42004
    BLDC Motor Controllers
  4.New Components Simplify             摩托罗拉          AN-1078
    BrushLess DC motors
  5.HV Floating MOS-Gate Driver ICs     国际整流器        AN-78
  6.Six-Output 600V MGDs
    Simplify 3-Phase Motor Drives       国际整流器        AN-985
  7.One HoursePower OffLine             未知              AN-1001
    BLDC Motor Driver  


  现基本定下来使用MC33025+IR2130来驱动。MC33039做速度环反馈。不确定的地方是我认为速度内环可以开环工作，对精度不会有影响，不知结果如何，需要试验。

  大框架是这样的：MC33035产生BLDC所需要的波形，通过2130驱动3对大功率MOS管。33035可以通过电压调速。

   总结几个关键问题：
   1.大功率MOS管或IGBT都是N沟道的，上管的驱动是个难题。因为需要比300V电压还高的正向驱动电压。解决办法在资料1、2、5都给出了。特别是资料5的末尾比较了常用的6钟方法的优缺点。过去都用脉冲变压器隔离驱动，后来的有用高速光藕+DCDC隔离模块来独立驱动上管。都比较复杂。
   资料2和5阐述了IR公司的独家技术HV floating gate driver技术，利用1只二极管和电容即可产生所需高压，内带推挽驱动，并且对外留出TTL电平接口。对用户来说无需额外考虑。摩托罗拉和安森美的资料对HV floating gate driver技术只字不提，推荐用户使用摩托罗拉的MOS快速关断器MOC1000配合专用的驱动光藕MOC8102来实现。电路还是比较麻烦，而且很感觉不厚道...

   2.资料3给出了一个无刷电机的完整设计实例，采用ML4426+IR2130来实现。4426是利用反电动势来侦测转子位置的，可以省去3只霍尔传感器。但我找不到33035和2130的设计实例，可能是摩托罗拉对其它公司技术的排斥吧。文中提到2130的一个致命缺点是无法上电直接启动，因为4426的时序是上管先导通，下管随后导通。而此时BOOSTCAP根本没有充电。所以，在启动之前必须要先用刹车功能将三只下管全部导通，给BOOSTCAP充电。文中提到另一种彻底解决办法是用简易DCDC隔离电源直接给3只BOOSTCAP充电，无需刹车起动

  遗留的问题：我看33035的时序和4426的时序完全一致，33035和2130连接是否也存在需要先刹车来启动的问题？我找不到文献，但猜测是需要的。

  3.刹车和滑动。刹车功能的实现是靠下三管同时导通，将3饶组直接短路，将机械动能消耗掉。此时电流应该很大。文献上提出大于80W的电机不推荐使用刹车功能。我现在就怕刹车会烧管子。不知道有没有前辈有电机功率、转速、MOS管选择方面的经验的？指点一二。
   OE脚无效，6管全部不通，开路。电机自由滑动。

  4.2130是低电平驱动，33035的下管输出需要反向后与2130的输入连接。
  5.文献6中提到MOS管下管放电，如果线路电感比较大，负过冲会毁损2130的驱动输出器，需要串吸收电阻，并用肖特机管嵌位保护
  6.所有的文献中，MOS管两端都没有过压吸收保护器件，我认为需要。不知道有续流情况下是否真的不会产生尖峰脉冲。
  7.文献7中看到220V进线处加有EMI滤波器，我认为很必要。但电容容量我不会选择，一般每1A电流需要多大电容？我看资料7上，1马力（735W）输出需要660uF/400V电容，容量是否按比例类推?