無刷直流電機(jī)的保護(hù)電路方案

　　如果電壓值大于0.5 V，則會(huì)引發(fā)IR2136內(nèi)部電路一系列動(dòng)作。具體分析如下，ITRIP引腳連接的比較器輸出1(高電平)，經(jīng)過輸入噪聲濾波器確認(rèn)不是由噪聲引起的誤動(dòng)作之后，送到SR鎖存器的S端，即此時(shí)S端為1;同時(shí)比較器輸出的1(高電平)加到與RCIN相連的MOSFET柵極，從而引發(fā)MOSFET漏極和源極導(dǎo)通，即RCIN連接到低，而RCIN在外部還連接了RC延時(shí)電路，如圖8所示。

　　過流之前，電容被充電至Vcc，并連接到RCIN，但是過流發(fā)生之后RCIN內(nèi)部通過MOSFET連接到地，所以電容沿著箭頭所示路徑放電。此時(shí)RCIN引腳為0(低電平)，RCIN又連接到SR鎖存器的R端，所以過流發(fā)生時(shí)，SR鎖存器的S=1，R=0。根據(jù)所學(xué)的SR鎖存器特性表，S=1，R=0，現(xiàn)態(tài)Q=0，那么鎖存器輸出1(高電平)，表示有過流情況發(fā)生。鎖存器輸出分為兩路(如箭頭所示)，一路使FAULT輸出低電平，F(xiàn)AULT可以接到單片機(jī)各種檢測(cè)端口進(jìn)行相應(yīng)的過流處理;另一路關(guān)斷上橋臂的3個(gè)MOS管，從而使電機(jī)停轉(zhuǎn)實(shí)施保護(hù)。

3.1.3 單片機(jī)固件軟件級(jí)過流保護(hù)

　　單片機(jī)軟件中設(shè)定好過流門限數(shù)值之后，軟件通過A/D實(shí)時(shí)采集電流檢測(cè)電路輸出的電壓信號(hào)，并解算得到對(duì)應(yīng)的電流值，與過流保護(hù)門限值進(jìn)行比較。如果實(shí)時(shí)電流值大于過流門限值，則執(zhí)行相應(yīng)的電機(jī)保護(hù)動(dòng)作;如果實(shí)時(shí)電流值小于過流門限值，則繼續(xù)采集電流值進(jìn)行比較，以此循環(huán)。

　　軟件流程如圖9所示。

　　3.2 過壓保護(hù)

　　線電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)大體相同。過壓：檢測(cè)直流母線電壓，如果高于上限電壓值，則發(fā)送警告信息幀，并停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)。過壓保護(hù)如圖10所示。

　　電路簡(jiǎn)單實(shí)用，直接檢測(cè)母線電壓，如果電壓高于程序中的設(shè)定值，則做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。在軟件編程的時(shí)候采用了查詢法，即只有在進(jìn)行電壓檢測(cè)的程序段中打開A/D，檢測(cè)中斷標(biāo)志，然后讀數(shù)并返回電壓值，最后再關(guān)A/D，這樣不用在整個(gè)程序執(zhí)行過程中一直打開A/D采集模塊，從而提高了程序執(zhí)行的效率。

　　3.3 欠壓保護(hù)

　　欠壓：檢測(cè)直流母線電壓，如果低于下限電壓值，則發(fā)送警告幀，并停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以保護(hù)電池。

　　欠壓保護(hù)：第一套方案和上面的過壓保護(hù)過程類似;第二套方案使用了IR2136內(nèi)部集成的自身工作電源檢測(cè)器。從IR2136內(nèi)部原理框圖可以看出，當(dāng)Vcc欠壓時(shí)，F(xiàn)AULT輸出低電平，同時(shí)3個(gè)上橋臂的MOS管被關(guān)斷。

　　4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　在實(shí)驗(yàn)室對(duì)設(shè)計(jì)制成的電路板進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試條件為：電機(jī)與直流母線電壓均為48 V(DC)，負(fù)載電機(jī)為750 W無刷直流電動(dòng)機(jī)，PWM斬波頻率為10 kHz。

　　圖11便是用示波器觀察到I/V電路的電壓信號(hào)波形。通過電壓信號(hào)可以看出，電流信號(hào)的波形為方波，同時(shí)方波中含有豐富的PWM高次諧波分量，所以在送至單片機(jī)的A/D口之前，需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。

　　圖12是調(diào)整LPF截至頻率為f=1.126 Hz之后，放大8倍的電壓波形。在500 mV下，PWM中點(diǎn)的電壓信號(hào)紋波很小，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)本文內(nèi)容設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的無刷直流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，簡(jiǎn)單可靠，效果良好，可以為交流調(diào)速系統(tǒng)、直線電機(jī)控制、開關(guān)磁阻、電機(jī)控制、USP等的研究提供參考。