一種雙供電體制無刷直流電機控制器設計

湯勝林

摘 要：針對需要在兩種不同供電電壓下工作的油泵電機控制器，本文從設計思想和電路原理上論述了雙供電體制下無刷直流電機控制器的設計，并通過試驗驗證。

關鍵詞：雙供電體制 無刷電機控制器 設計

1概述

在野外很多時候需要有一種能同時工作在兩種不同直流電壓下的電機及控制器，如果設計成兩種電機及控制器勢必造成浪費，操作上也會很麻煩。因此，設計一種能同時工作在兩種不同電壓下的電機及控制器很有必要。

某野外作業隊的工作環境中同時存在直流工作電壓12V和24V，要求分別在兩種電壓工作體制下，電機能以某種恒定的轉速旋轉，帶動油泵工作，提供穩定流量的燃油。

2 設計思想及原理

針對上述12V和24V兩種直流電壓體制，電機以28V的單一電壓體制進行設計，從電路上實現將不同電壓的轉換為統一的28V電壓體制給電機供電，從而實現雙供電體制的電機控制器設計。

首先，采用boost升壓電路將12V或24V直流輸入電壓進行升壓，作為直流無刷電機的母線工作電壓。一方面，通過輸出電壓采樣反饋給控制電路進行PI調節，調節輸出電壓；另一方面，通過采樣電機的電流反饋給控制電路進行PI調節，調節輸出電壓。通過調節母線電壓實現直流無刷電機的穩速。由專用控制集成電路和高壓集成驅動電路組合完成對無刷電機的控制。

3 設計實現

3.1 boost升壓電路

該電路將輸入12V/24V直流電壓升壓至28V，實現兩種供電電壓轉換成單一母線電壓輸出，給無刷直流電機供電。V4、V5防反接，比較器U4D主要功能是實現12V供電電壓的欠壓保護，當輸入電壓小于11V時，比較器U4D輸出高電平，PWM發生器U2輸出關斷，升壓電路停止工作，此時輸出電壓與輸入電壓保持一致，母線電壓明顯偏低。此時電機轉速下降，出油量將明顯減少，提醒操作人員更換供電電源（蓄電池）。

當母線電壓為24V時，U2輸出PWM的占空比為10%左右，當母線電壓為12V時，電路U2輸出PWM的占空比為40%左右。當供電電壓為12V低電壓時，為維持輸出電壓不變，PWM發生器的PWM占空比增加，此時升壓電路中的功率管V8導通時間增加，功率管功耗會明顯增加，因此，該功率管須采取良好的散熱措施。

3.2 驅動控制電路

由boost升壓電路輸出的28V電壓作為母線電壓給功率驅動電路供電，驅動無刷電機工作。

由于該電機的功率約為250W，在12V供電電壓下，工作電流超過20A，因此采用雙N型功率驅動電路?？刂齐娐凡捎秒姍C控制專用集成電路MC33035和單片驅動集成電路IR2130組成，對電機進行控制，可實現電機正、反轉，調速，過流保護功能。采用驅動電路IR2130則省去了隔離驅動所需的3路獨立電源，簡化控制方案及產品的體積。

無刷直流電機專用控制芯片（MC33035），具有使能控制（啟動或停止）、正反轉控制和能耗制動控制功能，內部測速器構成閉環調試系統。具有過流保護、欠壓保護等功能。

單片驅動集成電路（IR2130），集控制電路、電平轉換、低阻抗輸出和識別保護等為一體，不僅能承受600V的高壓，而且能允許地線瞬時達5V。自舉技術使該電路能夠懸浮驅動功率場效應管，避免采用多路電源轉換器的隔離驅動方法，大大減小了產品的體積。

電路IR2130采用了自舉技術，自舉電容能夠以一定的頻率進行沖動及放電。而且只有在上橋臂功率管的源極電位低于充電電源電壓時才能夠進行充電。因此，上橋臂功率管采用自舉電路形式驅動時，應采用上橋臂換相邏輯調試方式。在啟動過程中，當上橋臂功率管處于關斷狀態時，能形成自舉電容的充電通路，完成啟動過程。

電機工作在油中，壓力信號從電機本體部分反饋，用于調節電機的轉速。當電機電流過大時，電流采用信號反饋給升壓電路的控制器調節28V母線電壓，也可以調節電機轉速。

控制電路使用了IR2130的過流保護功能，即當電機過流時，IR2130輸出關斷，需要重新加電時才可以工作。電機電流采樣后的電壓，經一級放大后作為過流保護輸入信號，再經過一級放大后作為28V母線電壓的反饋電壓信號。這兩處的放大參數需要合理調整，保證母線電壓的反饋電壓信號始終作用在過流保護電壓信號的前面。過流保護電路的參數通過調試確定，在電機啟動時電流較大，需保證啟動時不會因過流保護而使IR2130輸出關斷。

電機在兩種供電電壓體制下的工作電流如下表：

4 結束語

本文采用boost升壓電路將兩種不同規格的供電電壓轉換為單一的直流電壓給無刷電機供電并結合電機控制電路對電機轉速進行控制。對于需要在兩種供電電壓體制下工作的無刷電機來說，本文提出了一種較好的解決方案。

參考文獻：

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