小功率开关磁阻电机驱动系统的设计.pdf

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1、传感检测及物联网小功率开关礴阻电机驱动系统的设计李朋。施火泉(江南大学电气自动化研究所，江苏无锡214122)摘要：分析永磁直流电机作为电动自行车驱动电机的局限性，设计电动自行车用开关磁阻电机驱动系统。关键词：开关磁阻电机；电动自行车；STM32F103C8DesignofSmalIPowerSwitchReluctanceMotorDriveLIPeng，SillHuo-quan(InstituteofElectricalAutomation，JiangnanUniversity，WuXi214122，China)Abstract：Theshortco

2、mingsofpermanentmagnetDCmotorforelectricalbicycleareanalyzed．Theswitchedreluctancedrivesystemforelectricalbicycleisdesigned．Keywords：switchreluctancemotor；electricalbicycle；STM32F103C80引言辅助电源一目前．生产厂家均采用永磁直流电机作为电动自PWMI，O行车的驱动电机．但永磁直流电机本身存在的缺陷。显、示#LlADC制约了电动自行车持续、健康发展。首先，有刷直流电SlrM3

3、2F103RBT6I／0INTO机需要安装换向器和电刷．导致结构复杂、需要定期维护；其次，有刷、无刷电机都需要永磁材料，而稀土手柄信号卜_—·ADCI／O不可再生。图1开关磁阻电机驱动系统结构开关磁阻电机(SRM)定转子由硅钢片压制而成．结构简单、高启动转矩、频繁启停、效率高⋯的优点决在电机驱动、变频器等领域广泛应用。片内资源分配：定SRM更适合车辆负载。设计电动自行车用小功率(1)电流检测、给定信号：ADC模块。开关磁阻电机驱动系统，重点讨论辅助电源、MOSFET(2)位置检测信号：I／O口。驱动电路以及角度位置控制方式．以实现对开关磁阻(3)捕获异或

4、位置信号：TIM2、TIM3。电机的精确控制(4)PWM：高级定时器TIM1。1驱动系统结构(5)过流检测信号：外部中断INTO。2．2功率变换电路以额定电压48V、功率250W、三相6／4极SRM为常用主电路有不对称半桥、电容裂相型、H桥主控制对象。驱动系统如图l所示，包括SRM、蓄电池、回路等综合考虑，采用不对称半桥主回路。如图2所主控模块、功率变换、辅助电源、MOSFET驱动、电流示，其中Q1O6选用80A／75V的功率管STP75NF75，采集及过流保护、位置检测电路等。D1～D6选择30A／100V的肖特基二极管MBR30100．2系统硬件电路

5、设计其反向恢复时间小于l0ns2．1主控模块主控模块采用基于CortexTM—M3内核的微控制器STM32F103C8。其具有集成度高、价格低等诸多优点，作者简介：李朋(1986一)，硕士，研究方向为电力电子与电力传动。收稿日期：2014．01．26图2功率变换电路85、^n^，、Ⅳ_chinacaaa．com自动化应用传感检测及物联网2．3辅助电源电路始。变压器次级电压经过整流后抬升到63V。MOSFET驱动、控制电路需要15V、5V和3．3V电压．需要允许栅极最大电压为20V，防止栅极被击穿。应在栅一对48V电压进行变换，通常采用线性稳压器件或者源极

6、并联18V稳压二极管，同时并联电阻。DC／DC变换器。线性稳压器具有价格低等优点．但效率低；DC／DC变换器效率高，但控制复杂。采用两种方案相结合的方式．如图3所示fa1功率变化器A相低侧驱动电路+15V图3系统电源电路fb1功率变化器A相高侧驱动电路图4MOSFET开关管驱动电路5V、3．3V由线性稳压器件U1、U2得到。48V变换到15V．若采用线性稳压器件．其允许最高输入电压2．5电流采样及过流保护电路应为60V左右．但是这种器件价格较高且不多见：而电流采样选择电阻采样法，如图5所示。经采样采用Ql、Q2、U1A构成的简易DC／DC变换器．既节约电

7、阻采集的信号U经滤波、；~(1+R3／R2倍)后，一路成本，又可降低损耗。Rll为启动电阻，使U1A上电瞬送人ADC0，一路送给比较器U1D，用于过流检测，当间获得5V工作电压。将15V作为反馈电压，当高发生过流超过给定值，INT0输出低电平．关断MOS．于15V时，Q1、Q2关断，降低；小于15V时，Q1、Q2FET。导通。U增大。最终稳定在15V左右。R3为分压电阻。由实验获得2．4MOSFET驱动电路低侧MOSFET驱动电路如图4(a)所示。02、Q3构成推挽输出．具有阻抗小、驱动能力强等特点。高侧MOSFET驱动有隔离电源法、脉冲变压器图5电流采

8、集及过流保护电路法、自举法。隔离电源法需4路隔离电源。结构复杂；2．6位置信号检