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1、第36卷第8期信息化研究Vo.l36No.82010年8月InformatizationResearchAug.2010基于MSK4351的无刷直流电机驱动系统设计李小璐(南京电子技术研究所,江苏省南京市210039)摘要:文中提出一种基于MSK4351芯片的伺服无刷直流电机驱动系统设计方案。该方案描述了控制电路、功率驱动电路、电流检测电路及泵升制动电路的详细设计以及控制软件结构。采用双极性PWM控制策略解决系统灵敏度较低等问题,设计电流环提高系统动态性能。新型功率驱动模块的使用实现了驱动强电与控制弱电完全隔离,实验证明该驱动器在驱动无刷直流电机时有较高
2、的运行精度和可靠性能。关键词:MSK4351;双极性PWM;无刷直流电机;驱动系统中图分类号:TM33制器,CPLD实时产生6个功率管PWM驱动波形,系0引言统构成如图1所示。DSP的外部接口实时采集电流永磁无刷直流电机因其运行效率高、调速性能好、值、温度传感器值、直流母线电压值、泵升制动回路状[1]结构简单、运行可靠、维护方便等显著优点广泛应态,实现驱动系统的状态监控及电流控制。用于工作在高空、低温、低压、强振动、大过载的恶劣环境中的机载、空浮雷达伺服驱动系统中。采用智能功率模块驱动电机是伺服系统设计趋势。与分立元件组成的功率驱动电路相比,功率模块体积
3、小、可靠性高、电路设计简单。以往设计中发现,通常功率模块易损坏的一个重要因素是后级驱动信号对主控信号的干扰,导致控制电路损坏,甚至烧毁功率管,因此驱动模块的选择直接决定了系统的可靠性。MSK4351芯片是一款新型驱动模块,其最大特点就图1系统结构图是其内部功率管及其后级输出部分与前端功率管控制1.2驱动原理电路完全电气隔离,模块内部自带DC/DC变换器和保本文采用双极性PWM控制方式,如图2所示。护电路,避免了功率部分对前级电路的损害,保证了系在每一瞬间有两个功率管导通,在一个PWM周期内统可靠性并且外围电路简单,成为驱动系统的很好选有4个功率管出现开关
4、现象。择。传统半桥和全桥调制方式下,当占空比D=0时,电机专用DSP芯片既具有高速的运算能力还具无电压输出,电机不动,当D=100%时,逆变器输出最有专为电机控制应用提供的单片解决方案所需的外围大正电压。双极性PWM控制方式下,当D=50%时,设备。DSP强大的功能使得全数字电机控制系统变得电机不转,但电枢电压瞬时值不为零,而是等宽的正负易于实现,成为当前发展方向。本文以专用DSP+脉冲电压,电枢电流是一个交变电流,从而使电动机处CPLD+IPM硬件结构框架设计完成一体积小、集成度于高频颤动状态,有利于减少静摩擦,提高系统灵敏高、具有智能控制的驱动系统,
5、内部实现数字电流闭度,当D=0时,逆变器输出最大反电压,D=100%时,环,最终应用于空浮雷达中。逆变器输出最大正电压,易于实现电机的正转和反转。1系统构成及工作原理本文设计的驱动器用于空浮雷达中,需实现扇扫功能,相比传统调试方式,双极性PWM控制方式易于实现1.1系统构成电机四象限运行,系统灵敏度高,低速平稳性好,系统静本设计方案中采用TMS320F240芯片作为核心控态精度高,因此非常适用于本方案。其缺点是在开关功收稿日期:2010206217;修回日期:2010207208。率损耗较大,因此适用于中小功率直流电机上。#40#第36卷第8期李小璐:基
6、于MSK4351的无刷直流电机驱动系统设计#研究与设计#图2双极性PWM逆变器AH、AL、BH、BL、CH、CL。R/C和OSCOUT输入端口2系统硬件设计外部连接电阻电容构成PWM死区时间设置,电阻电按照模块划分,可以将硬件结构划分为:电源模容值决定死区大小。CPLD输出RESET复位信号控制块、数字核心模块、逻辑处理模块、电机驱动模块、电流驱动模块。温度传感器信号与采样电阻信号从芯片中检测模块、制动模块。以下介绍部分模块的设计。引出。2.1电机驱动模块设计MSK4351芯片额定电压500V,电流50A,开关频率20kHz。MSK4351结构如图3所示
7、。模块内部集成了可编程死区电路,可以对输入的PWM信号设置死区,避免了同一桥臂上、下两个大功率管同时导通而造成的短路现象。光电隔离电路由内部电源供电,保证了功率信号与控制信号电气隔离,杜绝了功率电路对主控电路干扰而导致控制电路损坏的现象。片内DC/DC模块提供三路独立上管驱动电源,无需外部提供三路浮动驱动电源,模块内部实现上管栅极电源的自举电路,使得外围电路大大简化,同时也提高了驱动电路的抗干扰能力。逆变桥内部包含6个IGBT功率晶体管,并分别并联快速恢复二极管,在直流母线上的串接采样电阻用于电流监控。内置温度监视和欠压锁图4驱动模块电路图定功能。2.2
8、逻辑处理模块设计当DSP完成PWM占空比的调节后,输出一对PWM信号至CPLD,
