一种基于小功率高温无刷直流电动机驱动器设计

　　摘要：设计了一种能够在高温环境下工作的小功率无刷直流电动机驱动器。驱动器逻辑部分采用高性能的单片机，开关主电路中采用特殊结构，省去了功率器件的驱动芯片，整个驱动器只需一个外部电源。驱动器具有开环调速和恒功率运行等控制功能。实验结果表明该驱动器可在150℃高温环境下稳定运行。

　0 引 言

高温电机在石油测井、航天及国防等领域有广泛的应用，目前一般采用感应电机但感应电机存在功率因数低、损耗大、效率低，温升高，而且速度和功率控制电路非常复杂。无刷直流电机转子为永磁结构，转子无电流、效率高、功率密度大、驱动电路简单、控制方便，因而是替代高温感应电机的理想产品。驱动电路是无刷直流电机系统适应高温环境的关键，必须满足耐高温、可靠性高等高温环境的要求。本文针对这些要求设计开发了一种能够在高温环境下工作的小功率无刷直流电动机的驱动器。该驱动器采用了高等级的军工级器件，可驱动额定电压为12 V、额定电流小于2 A的无刷直流电机，具有开环速度调节和恒功率运行等控制功能。驱动器的逻辑部分采用高性能的单片机；开关主电路中采用了特殊结构，从而省去了功率器件的隔离或悬浮自举驱动芯片，大大简化了驱动电路的结构；逻辑电路部分的电源由功率电源稳压得到，从而使整个驱动器只需一个外部电源。对驱动器在150℃的高温环境下进行的运行实验证明了其运行的可靠性。

　　1系统硬件电路设计驱动器硬件主要包括单片机电路、开关主电路、限流保护电路等原理图如图1所示。

　　l_1单片机部分

　　驱动器的逻辑部分采用具有A／D转换、PwM信号输出功能的耐高温单片机芯片。该部分主要完成电机转子位置信号的采集、电动机换相逻辑信号的生成、PwM信号的生成、电机正／反转控制和起动／停止控制等功能。

　　(1)换相逻辑信号产生单片机根据电机转子位置信号给出换相逻辑信号。图1中单片机的P1．O、P1．1、P1．2引脚连接电机转子位置传感器，采集转子位置信号。P2．O、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引脚为换相逻辑控制信号的输出端。单片机通过编程把电机转子位置信号转换为对应的换相逻辑。电机运行时根据采集到的电机转子位置信号HAl、HA2、HA3通过向P2口送对应控制字的方式把6路换相逻辑信号送到 P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P2．5引脚。

　　(2)PwM信号生成驱动器的速度调节采用脉宽调制方法，即通过改变PWM信号的占空比来控制电机电枢电压，从而实现开环调速。该驱动器采用给单片机输入一个可调的模拟电压的方式来调节PWM信号的占空比。

　　单片机的P2．7引脚为PWM信号输出端。

　　PwM信号的频率由单片机内的寄存器PWMl值确定。PWM信号的占空比由寄存器PwM0的值确定。在单片机的一个A／D转换输入端P1．7引脚输入模拟电压信号SPCIN。该模拟电压经单片机采样转换成的数字量，再送到寄存器PwM0来改变PWM信号的占空比，实现速度调节。