电动机驱动与控制用半导体技术
王季秩 (上海微电机研究所)
(摘要)长期以来,电动机驱动与控制所用电器和电真空器件,具有体积大、重量重、功耗大、运行可靠性差、维修储存运输较复杂等缺点。随着电子学、计算机及电机等学科的发展,利用半导体元器件,电机工程就能与电子工程紧密相结合。文中从电动机应用角度,介绍半导体元器件特别是专用集成电路的概况,以便对微特电机实行组件化、系统化有较全面的认识。
(叙词)电动机,驱动,控制,半导体元器件,应用
机电一体化技术已被现代工农业、商业、日常生活和国防等领域广泛应用。随着电子与计算机等技术的发展,半导体技术和器件产生了极大的变化。近来,半导体元器件更新十分频繁,周期大大缩短。同时,半导体技术已与电动机驱动和控制的技术紧紧连在一起(图1)。为了深入了解半导体元器件,必须将半导体元器件和电动机的应用结合起来考虑。
1 电动机驱动与控制
电动机驱动与控制是当前学术界的热门话题,其范围十分广阔。从图1系统框图可知,电动机的电路可大致划分为控制与驱动两部分。电动机的驱动电路是控制系统的能量传递部分。它将电能道过半导体元器件组成开关或模拟电路,直接输给电动机线圈。经过电动机内部电磁作用产生电磁力矩,带动负载运动。电动机的控制电路是实现电动机各种控制功能的电路。控制功能不仅要满足用户对系统的不同要求,还要实现电动机正常工作和最合理的应用所必要的保证。上述驱动控制的电路是不能用图1系统框图所能全部表示的,因为实际系统中还包括电源、保护、显示和操作等部分。上面谈的只是硬件部分,软件部分本文从略。
2 电动机用半导体元器件
常用半导体元器件有
2.1 集成电路
在电动机中应用集成电路历史较长。60年代电动机只能用简单集成电路。例如, 式录音机用电动机的稳速集成块便是一种。它可省去速度反馈部分,利用反电势传感 度信号,通过桥路平衡原理,实现电动机的稳速运行。经30年的发展,音响、视听、办公自动化、工厂自动化和计算机外设等电 子装备用电动机实现半导体化和集成化。电 动机本身也以系统面貌出现。这就是说,’电动机不单是电磁作用的电机部分,还包括驱动器和控制器在内的完整系统,组成一体。因此,集成电路对电动机的电子装备的发展起着很大作用。
电动机用集成电路有多种分类方法。习惯上按功能可分为控制用和驱动用两类。电动机用集成电路有通用集成块(ic)和专用集成块(asic)两种。
控制用集成电路往往是根据控制功能而定的电路,它不随电动机类型不同而变。例如,锁相电路起系统的相位与频率锁定作用,既可用在直流电动机上,也可用在交流电动机上。近来,国外新型控制器具有更通用控制功能,集脉宽调制、锁相、伺服、保护等功能于一体。
针对电动机的不同门类和功能,专用的控制集成块(asic)发展很快。例如,彩色录象机的主导轴和磁鼓用电动机、磁盘驱动器的磁盘和取数机构用电动机,均要用伺服控制器、锁相控制器、频率电压转换器、频率相位比较器等,从早期多种集成块组成控制系统变成单块集成块电路,并已成批生产。
驱动用集成电路均是功率型电路,即带有功率晶体管的输出部分。目前,输出极限功率是50—60v、2—3a。若需要更大输出功率的电路,应在驱动电路的输出端接上大功率晶体管或功率模块。驱动电路一般均是专用形式。
最近,单块集成电路具有控制和驱动两种综合功能,使用方便、可靠,将为集成电路在电机领域的应用大大开拓。微特电机常用集成电路如附表所示附表微特电机常周集成电路及功率变换等。它有下列四种形式
2.2大功率晶休管
a.双极型晶体管(bjt);大功率晶体管在电动机驱动电路中主要是用作功率驱动、多相倒相、正反转驱动以电动机驱动与控制用半导体技术
b.场效应晶体管(mosfet)、场效应晶闸管(mct); |