低電壓大功率直流電機驅動器
陳曦1， 隋龍2 (1哈爾濱工程大學信通學院，黑龍江哈爾濱150001,2哈爾濱I程大學自動化學院，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：采用IRF3808場效應管作為功率輸出器件，基于直流電機的H橋脈寬調制(PWM)控制原理，設計了一款專門針對低電壓大功率贏流電機的電機驅動器。該驅動器提供E區時間生成邏輯，僅需一路PWM輸入信號便可實現電機的正、反轉及調速控制。試驗測試表明，該驅動器具有工作電壓低，輸出功率大的特點，且其四個橋臂通過死區生成電路可共享一個PWM輸入信號，從而能夠簡化驅動軟件的設計。
關鍵詞：大功率直流電機驅動器；lRF3808；H橋
中圖分類號：TM33文獻標識碼lA文章編號：1673-6540( 2009) 12-0010-04
0 引 言
隨著直流電機在許多大型機械系統中的廣泛使用，許多半導體廠商推出了直流電機專用驅動芯片，如IR公司的IR2112、IR2105等。但是，這些芯片通常都需要lO V左右甚至更高的邏輯工作電壓，使得該類芯片在低邏輯電壓工作場合應用時，如在5v系統中需要配合升壓電路，給系統電源的設計增加了負擔。
除此之外，為適應小型直流電機的使用需求，許多公司還推出了直流電機專用集成芯片，如美國國家半導體公司( NS)推出的專用電機驅動H橋組件LMD18200，其工作電壓高達55 V，峰值輸出電流高達6A，連續輸出電流達3A。盡管集成芯片的出現使電機驅動變得簡單，但專用芯片構成的直流電機驅動器輸出功率有限，不適合大功率直流電機驅動，而市場上僅有的大功率集成驅動一蒼片價格極高，如SA01 -片驅動芯片的價格約為3 000元。
在大功率脈寬調制( PWM)電機驅動的設汁中，由于器件的非對稱性，使得上下橋臂驅動特性不一致，導致宣通和上橋臂燒毀現象發生。
綜合以上問題，本文采用N溝道增強型場效應管IRF3808構建H橋，引入死區邏輯，設計了一種驅動邏輯完全由高硎壓三級管構成的低電壓大功率南流電機驅動器。其電路的****PWM輸入邏輯高電平為3.3 V，邏輯工作電壓5v，電機驅動電壓小于75 V，驅動電流由場效應管決定。
1 基于PWM的H橋功率驅動原理
在直流電機驅動中，使用****泛的就是基于PWM的H型全橋驅動電路“刮。這種驅動電路可以實現直流電機的四象限運行，完成電機正、反轉控制，通過對PWM信號占空比的調節實現電機的調速。
典型的H型全橋驅動電路及其等效原理圖如圖1所示[2.4]。它由4個功率管和一個電機構成。在等效原理圖中，功率管可以等效為開關和續流二極管，S1和S4為一組，S3和S2為一組，兩組開關管狀態互補，當一組導通時，另一組必須斷開[3]。
要使電機進行正向或逆向旋轉，必有一對位于對角線位置上的驅動管導通。當S1和S4導通時，S3和S2關斷，此時電機兩端加正向電壓實現正轉（或反轉）。續流二極管為電機繞組提供續流網路，當電機正常運轉時，驅動電流通過導通開關流過電機；當電機處于制動狀態時，電機線圈內的感應電勢通過續流二極管導通，否則會燒毀場效應管。
PWM調速的基本原理是使丌關信號按某一固定頻率接通或斷開，通過調節開關信號在一個周期內的通斷時問比（占空比）來調節信號平均電壓.當H橋驅動電路采用PWM控制時．各開關管會根據PWM信號交替地導通／關斷，交變的PWM信號疊加到電機阿端產生恒定的平均電壓，從而控制電機轉速，而PWM信號的相位可以控制電機的轉向。當驅動信號的占李比為百分之50時，正負脈寬相等，此時電機失去驅動轉矩而停轉。
2 大功率直流電機驅動電路設計
犬功率直流電機驅動電路分為光電隔離電路、電機驅動邏輯、上橋臂邏輯電源、H橋功率驅動電路四部分，其功能框圖如圖2所示。
為了給電機提供大的輸出功率，設計中采用IRF3808場效應管作為功率輸出器件。該器件輸出功率大，工作穩定，呵以為負載提供****75 V的驅動電壓，****140 A的驅 |
