文档介绍：系统硬件设计
,整个系统由功率驱动电路、调理与保护电路、DSP控制电路及无刷直流电机本体四大部分组成。本节将分为两部分,即功率驱动硬件部分和数字控制硬件部分,阐述该系统的硬件设计。
无刷直流电机系统硬件框图

本节先根据系统的特点,分析电路的拓扑选择,然后按照电路的三级结构,逐级说明其具体实现过程。
功率电路拓扑选择
该电路输入单相交流电(220V/50Hz),输出直接驱动无刷直流电机。电机前级需有三相逆变桥实现换相,由于电机频率较高,因而受三相逆变桥开关频率的限制,无法采用逆变桥PWM脉宽斩波控制实现调速控制。本功率系统结构选择“交流-直流-直流-交流”方式,即在逆变桥前级加入buck电路,采用buck调压调速方式控制该高速永磁无刷直流电机。。
功率电路结构框图
启动缓冲电路
,再用大电容滤波后得稳定直流电压。电路上电时,由于电容两端电压不能突变,上电产生瞬间的大电流给其充电,该电流太大将造成损坏。为此,电路中加入了启动缓冲电路。,上电时晶闸管尚未导通,通过串联回路给充电,充电电流较小,缓慢上升,电容受到保护。再利用电阻、对分压采样,当上升到约输入电压峰值的时,采样电压将超过设定的门限电压,通过比较器后驱动光耦,从而触发晶闸管导通。晶闸管导通后,被短路,电路进入正常工作状态。此后向后级供电的过程中,晶闸管一直导通,、的阻值非常大,不对后级产生影响。后级关断或电路掉电时,关断,为提供放电回路。图中由经电阻分压得到,而是由模块电源获得。
启动缓冲电路示意图
直流-直流变换
该环节实现调压调速功能,直接利用Buck变换器降压,但电机满载时该电路输出电流很大,所需输出滤波电感太大。为减小系统体积重量,采取Buck的交错并联结构,即将多个Buck电路并联,且各支路开关管交错导通,占空比相同。。
考虑后级逆变器损耗,设计本级输出额定电压150V,额定电流15A,每一支路额定电流5A。关键器件选型如下:
①功率开关管Q2、Q3、Q4
由于开关频率为50KHz,3个开关管选用的是Power MOSFET,流过开关管的平均电流最大值IQdm和瞬时电流最大值IQm分别为

开关管漏源电压峰值为
选用型号为IRFP460,漏极电流额定值13A(TC=100℃),峰值80A,漏源电压额定500V。
②电感L1、L2、L3
设计时保证电感电流连续,考虑电机空载时支路电流最小值为Imin=1A,则
实际取电感1mH,额定平均电流5A。
③电容C2
在不考虑输入电压波动的情况下,输出电压波动小于10%,计算电容值为
实际上输入电压波动较大,选取滤波电容C2=680uF,确保输出电压稳定。
MOS管驱动电路核心器件采用带光耦隔离的驱动芯片HCPL-3120,该芯片具有驱动电流大,开关反应速度快等特点。,HCPL-。
HCPL-3120内部结构图
直流-交流变换
逆变环节由六只开关器件组成三相全桥,本电路