低电压大功率直流电机驱动器
陈曦1， 隋龙2 (1哈尔滨工程大学信通学院，黑龙江哈尔滨150001,2哈尔滨I程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)
摘要：采用IRF3808场效应管作为功率输出器件，基于直流电机的H桥脉宽调制(PWM)控制原理，设计了一款专门针对低电压大功率赢流电机的电机驱动器。该驱动器提供E区时间生成逻辑，仅需一路PWM输入信号便可实现电机的正、反转及调速控制。试验测试表明，该驱动器具有工作电压低，输出功率大的特点，且其四个桥臂通过死区生成电路可共享一个PWM输入信号，从而能够简化驱动软件的设计。
关键词：大功率直流电机驱动器；lRF3808；H桥
中图分类号：TM33文献标识码lA文章编号：1673-6540( 2009) 12-0010-04
0 引 言
随着直流电机在许多大型机械系统中的广泛使用，许多半导体厂商推出了直流电机专用驱动芯片，如IR公司的IR2112、IR2105等。但是，这些芯片通常都需要lO V左右甚至更高的逻辑工作电压，使得该类芯片在低逻辑电压工作场合应用时，如在5v系统中需要配合升压电路，给系统电源的设计增加了负担。
除此之外，为适应小型直流电机的使用需求，许多公司还推出了直流电机专用集成芯片，如美国国家半导体公司( NS)推出的专用电机驱动H桥组件LMD18200，其工作电压高达55 V，峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A。尽管集成芯片的出现使电机驱动变得简单，但专用芯片构成的直流电机驱动器输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动，而市场上仅有的大功率集成驱动一苍片价格极高，如SA01 -片驱动芯片的价格约为3 000元。
在大功率脉宽调制( PWM)电机驱动的设汁中，由于器件的非对称性，使得上下桥臂驱动特性不一致，导致宣通和上桥臂烧毁现象发生。
综合以上问题，本文采用N沟道增强型场效应管IRF3808构建H桥，引入死区逻辑，设计了一种驱动逻辑完全由高硎压三级管构成的低电压大功率南流电机驱动器。其电路的****PWM输入逻辑高电平为3.3 V，逻辑工作电压5v，电机驱动电压小于75 V，驱动电流由场效应管决定。
1 基于PWM的H桥功率驱动原理
在直流电机驱动中，使用****泛的就是基于PWM的H型全桥驱动电路“刮。这种驱动电路可以实现直流电机的四象限运行，完成电机正、反转控制，通过对PWM信号占空比的调节实现电机的调速。
典型的H型全桥驱动电路及其等效原理图如图1所示[2.4]。它由4个功率管和一个电机构成。在等效原理图中，功率管可以等效为开关和续流二极管，S1和S4为一组，S3和S2为一组，两组开关管状态互补，当一组导通时，另一组必须断开[3]。
要使电机进行正向或逆向旋转，必有一对位于对角线位置上的驱动管导通。当S1和S4导通时，S3和S2关断，此时电机两端加正向电压实现正转（或反转）。续流二极管为电机绕组提供续流网路，当电机正常运转时，驱动电流通过导通开关流过电机；当电机处于制动状态时，电机线圈内的感应电势通过续流二极管导通，否则会烧毁场效应管。
PWM调速的基本原理是使丌关信号按某一固定频率接通或断开，通过调节开关信号在一个周期内的通断时问比（占空比）来调节信号平均电压.当H桥驱动电路采用PWM控制时．各开关管会根据PWM信号交替地导通／关断，交变的PWM信号叠加到电机阿端产生恒定的平均电压，从而控制电机转速，而PWM信号的相位可以控制电机的转向。当驱动信号的占李比为百分之50时，正负脉宽相等，此时电机失去驱动转矩而停转。
2 大功率直流电机驱动电路设计
犬功率直流电机驱动电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑、上桥臂逻辑电源、H桥功率驱动电路四部分，其功能框图如图2所示。
为了给电机提供大的输出功率，设计中采用IRF3808场效应管作为功率输出器件。该器件输出功率大，工作稳定，呵以为负载提供****75 V的驱动电压，****140 A的驱 |
