五款無刷電機驅(qū)動電路

1,、三相六臂全橋驅(qū)動電路

無刷直流電機驅(qū)動控制電路如圖1 所示。該電路采用三相六臂全橋驅(qū)動方式,，采用此方式可以減少電流波動和轉(zhuǎn)矩脈動,，使得電機輸出較大的轉(zhuǎn)矩。

在電機驅(qū)動部分使用6個功率場效應管控制輸出電壓,，四軸飛行器中的直流無刷電機驅(qū)動電路電源電壓為12 V.驅(qū)動電路中,，Q1~Q3采用IR公司的IRFR5305(P溝道)，Q4~Q6為IRFR1205(N 溝道),。

該場效應管內(nèi)藏續(xù)流二極管,，為場效應管關(guān)斷時提供電流通路，以避免管子的反向擊穿,，其典型特性參數(shù)見表1.T1~T3 采用PDTC143ET 為場效應管提供驅(qū)動信號,。

由圖1 可知，A1~A3 提供三相全橋上橋臂柵極驅(qū)動信號,，并與ATMEGA16單片機的硬件PWM驅(qū)動信號相接,，通過改變PWM信號的占空比來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制;B1~B3提供下橋臂柵極驅(qū)動信號，由單片機的I/O口直接提供,，具有導通與截止兩種狀態(tài),。

無刷直流電機驅(qū)動控制采用三相六狀態(tài)控制策略，功率管具有六種觸發(fā)狀態(tài),，每次只有兩個管子導通,，每60°電角度換向一次，若某一時刻AB 相導通時,，C 相截至,，無電流輸出。

單片機根據(jù)檢測到的電機轉(zhuǎn)子位置,，利用MOSFET的開關(guān)特性,，實現(xiàn)電機的通電控制，例如,，當Q1,、Q5 打開時，AB 相導通,，此時電流流向為電源正極→Q1→繞組A→繞組B→Q5→電源負極,。

類似的，當MOSFET 打開順序分別為Q1Q5,，Q1Q6,，Q2Q6，Q2Q4,，Q3Q4,，Q3Q5時，只要在合適的時機進行準確換向,，就可實現(xiàn)無刷直流電機的連續(xù)運轉(zhuǎn),。

2、三相全橋驅(qū)動電路

下圖為無刷電機的三相全橋驅(qū)動電路,，使用六個N溝道的MOSFET管(Q1～Q6)做功率輸出元件,，工作時輸出電流可達數(shù)十安。為便于描述,，該電路有以下默認約定：Q1/Q2/Q3稱做驅(qū)動橋的“上臂”,，Q4/Q5/Q6稱做“下臂”。

圖中R1/R2/R3為Q1/Q2/Q3的上拉電阻,，連接到二極管和電容組成的倍壓整流電路(原理請自行分析),，為上臂驅(qū)動管提供兩倍于電源電壓(2×11V)的上拉電平，使上臂MOSFET在工作時有足夠高的VGS壓差,，降低MOSFET大電流輸出時的導通內(nèi)阻,，詳細數(shù)據(jù)可參考MOS管DataSheet。

上臂MOS管的G極分別由Q7/Q8/Q9驅(qū)動,，在工作時只起到導通換相的作用,。下臂MOS由MCU的PWM輸出口直接驅(qū)動，注意所選用的MCU管腳要有推挽輸出特性,。

3,、單片機控制直流無刷電動機驅(qū)動及接口電路圖

圖1示出采用8751單片機來控制直流無刷電動機的原理框圖。8751的P1口同7406反相器聯(lián)結(jié)控制直流無刷電動機的換相,，P2口用于測量來自于位置傳感器的信號H1,、H2、H3,，P0口外接一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器,。

圖1 直流無刷電動機計算機控制原理圖

4,、電動車無刷電機控制器驅(qū)動電路圖

5、全橋驅(qū)動電路

無刷直流電機一般使用全橋驅(qū)動,，即6個MOSFET分別構(gòu)成上臂和下臂,，通過MCU具有推挽輸出的IO口控制，或者使用電機驅(qū)動專用芯片控制,。

最常用的應該是3個P-MOS+3個N-MOS,，電路結(jié)構(gòu)簡單。如下圖所示,。

這里使用的是MK電調(diào)V2.0版本中使用的MOSFET,，P-MOS—IRFR5305、N-MOS—IRFR1205N-MOS的Vgs(th)=2V~4V,，直接用工作在VCC=5V的MCU即可驅(qū)動控制,，但注意IO口必須具有推挽輸出功能，否則IO口的驅(qū)動能力不夠,。

圖中R7/R8/R9可視為下拉電阻,，使N-MOS的柵極電平有一個參考地，電平穩(wěn)定不會意外導通MOSFET,。R10/R11/R12電阻的作用有三個,，一是減少振蕩，二是減小柵極充電的峰值電流,，三是防止N-MOS的漏-源極擊穿,。

由于MCU的IO引腳都存在雜散電感，與柵極電容串聯(lián)形成LC振蕩,，加入電阻后會增大振蕩阻尼而減小振蕩;當對柵極加驅(qū)動電壓時,，會對柵源電容Ciss充電，此時Vgs上升但未到達閾值電壓Vgs(th)時Vds基本不變,，這段時間稱為導通延遲時間td(on),。

當Vgs》Vgs(th)時，Vds下降同時id上升,，這期間柵極和漏極之間的傳輸反向電容Crss開始向漏極放電,，而此時柵極電流會流向該電容對其充電，但基本沒有對Ciss充電,，所以Vgs基本保持不變,，這段時間稱為上升時間tr，tr之后才會繼續(xù)對Ciss充電,。電容充電的尖峰電流可以計算如下：I=Qg/(td+tr),，其中Qg=Qgs+Qgd，即td+tr時間內(nèi)的充電電量，計算結(jié)果電流是遠大于MCu的IO口輸出驅(qū)動電流,，因此通過串聯(lián)電阻,，增加充電時間，即t=RC,。

但這會導致Vgs的上升沿和Vds的下降沿斜率減小,，影響MOSFET的開關(guān)性能，所以電阻的選取要準確,。(此處理論知識分析可能不正確，我也在學習MOSFET的驅(qū)動應用原理,，若有誤或需要補充會再做修改)

防止漏源擊穿的原因也是和電容的時間常數(shù)有關(guān),，當柵極驅(qū)動電壓快速關(guān)斷，漏源極從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài),，Vds迅速增加,，當dVds/dt過大就會擊穿器件，串聯(lián)電阻可以減緩Ciss的放電時間,，使Vgs緩慢變化,，因此Vds不會迅速增加。

P-MOS的Vgs(th)《0,，源極一般加11V電壓,，MCU的IO口無法正常控制P-MOS的開關(guān),，我們需要用三級管驅(qū)動柵極,，三極管由IO口驅(qū)動控制。電阻R1/R2/R3上拉柵極電壓,，使P-MOS能關(guān)斷,。這個電阻不能太小，否則會造成三極管導通時承受過大的電流,。同時電阻也不能太大,，否則會增加三極管BC極間電容的充電時間，延長三極管的導通時間,，進而影響P-MOS柵極電壓Vgs的上升時間,。

三極管的選擇不能選用我們常用的8050或9013小信號的三極管，它們的耐壓和導通電流太低,，所以這里我選擇了SS8050(MK中使用的三極管找不到),。

R4/R5/R6阻值的選擇無特別要求，只要使三極管工作在飽和區(qū)即可,。

三相直流無刷電機驅(qū)動程序