MC33035小功率无刷直流电动机调速系统设计+电路原理图(7)
3.1.2 采用DSP
当前，较为普遍的为单片机控制和DSP控制比如TI公司推出的TMS320C2000系列DSP控制器。它是电机数字化控制的升级产品。基于该芯片的制系统能提供优良的DSP控制方案，实现无刷直流电机控制系统的全数字化控制。DSP系统控制框图如图3.1所示。
图3.1 基于DSP的无刷直流电动机速度控制系统框图
由于DSP具有丰富的片内资源，如电机控制PWM模块、AD转换模块等，因此，系统外围控制电路比较简单，主要包括直流侧电压、电流检测电路，过压过流保护电路，温度检测电路，MOS管驱动控制电路等。DSP控制芯片都是由一个以DSP为基础的内核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内，使体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。
3.1.3 采用可编程阵列
FPGA是近几年来投入应用的新型可编程数字集成电路，比如Virtex-5系列中的XC5VLX330T芯片。具有运算速度快、规模大、可重复编程、开发投资小、开发周期短等优点。伴随着微电子技术的发展和FPGA的成本不断下降，性能却越来越好。FPGA的系统框图如3.2所示。
图3.2 基于FPGA的无刷电机控制系统框图
这种方案的优点是可以编程控制，应用范围广，而且灵活度高，运算速度快，可重复编程。
无刷电机控制方法主要分为有位置传感器控制和无位置传感器控制两种。在有位置传感器的控制方法中，现今，由于霍尔传感器性价比高，安装方便，被广泛应用作为无刷直流电机的位置传感器。当前，国内外对无刷直流电机无位置传感器的控制方法主要有反电势法、定子三次谐波法、续流二极管检测法、脉冲检测法神经网络控制法等。
3.1.4 方案选择
根据所阅的参考文献和自己所掌握的专业知识，以及对无刷直流电机各种调速控制芯片和控制方案的比较，考虑到虽然DSP具有丰富的片内资源，但是外围电路设计复杂而且相对价格很昂贵。单片机控制系统的编程相对比较复杂而且价格也比较贵，FPGA虽然价格便宜而且方便编程，但是相对于优点来说，这种模式的缺点是断电程序丢失，不方便使用。所以最终选用摩托罗拉的MC33035和MC33039的配合来实现无刷直流电动机无级调速控制系统。MC33035芯片内部结构功能齐全，芯片也很成熟。外围电路相对比较简单。
3.2 驱动方案
3.2.1驱动方案选择
专用电机调速芯片的驱动方案一般有两种，一种是电机调速芯片直接由引脚输出驱动功率管，另一种是电机调速芯片引脚输出到驱动芯片，通过驱动芯片来驱动功率管。本设计采用驱动芯片来驱动功率管，因为MC33035的高驱动和低驱动输出的电平不一样，高驱动为OC门输出，低驱动为推挽输出。所以要是驱动电平相同，并且统一功率管的话，就必须选用驱动芯片。本设计采用IR2103芯片，芯片功能见4.2.2节。
3.2.2 驱动功率管选择
近年来由于MOSFET元件的性能逐渐提升，因为其开关速度相对于GTO、GTR和IGBT来说是最快的，而且工作频率高，不存在二次击穿问题，热稳定性也好。不同类型功率器件的性能如表3.1所示。
表3.1 IGBT、GTR、GTO 和电力MOSFET的优缺点的比较
器 件 优 点 缺 点
IGBT 开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小 开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTO
GTR 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低 开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题