几种无刷电机全桥驱动电路

来源:KIA半导体发布时间:2022-12-093633浏览

询问 AI

无刷电机全桥驱动电路

三相六臂全桥驱动电路

无刷直流电机驱动控制电路如图1 所示。该电路采用三相六臂全桥驱动方式，采用此方式可以减少电流波动和转矩脉动，使得电机输出较大的转矩。

在电机驱动部分使用6个功率场效应管控制输出电压，四轴飞行器中的直流无刷电机驱动电路电源电压为12 V.驱动电路中，Q1~Q3采用IR公司的IRFR5305（P沟道），Q4~Q6为IRFR1205（N 沟道）。

该场效应管内藏续流二极管，为场效应管关断时提供电流通路，以避免管子的反向击穿，其典型特性参数见表1.T1~T3 采用PDTC143ET 为场效应管提供驱动信号。

无刷直流电机驱动控制采用三相六状态控制策略，功率管具有六种触发状态，每次只有两个管子导通，每60°电角度换向一次，若某一时刻AB 相导通时，C 相截至，无电流输出。

单片机根据检测到的电机转子位置，利用MOSFET的开关特性，实现电机的通电控制，例如，当Q1、Q5 打开时，AB 相导通，此时电流流向为电源正极→Q1→绕组A→绕组B→Q5→电源负极。

类似的，当MOSFET 打开顺序分别为Q1Q5，Q1Q6，Q2Q6，Q2Q4，Q3Q4，Q3Q5时，只要在合适的时机进行准确换向，就可实现无刷直流电机的连续运转。

三相全桥驱动电路

下图为无刷电机的三相全桥驱动电路，使用六个N沟道的MOSFET管（Q1～Q6）做功率输出元件，工作时输出电流可达数十安。

为便于描述，该电路有以下默认约定：Q1/Q2/Q3称做驱动桥的“上臂”，Q4/Q5/Q6称做“下臂”。

图中R1/R2/R3为Q1/Q2/Q3的上拉电阻，连接到二极管和电容组成的倍压整流电路，为上臂驱动管提供两倍于电源电压（2×11V）的上拉电平，使上臂MOSFET在工作时有足够高的VGS压差，降低MOSFET大电流输出时的导通内阻，详细数据可参考MOS管DataSheet。

上臂MOS管的G极分别由Q7/Q8/Q9驱动，在工作时只起到导通换相的作用。下臂MOS由MCU的PWM输出口直接驱动，注意所选用的MCU管脚要有推挽输出特性。

单片机控制直流无刷电动机驱动及接口电路图

图1示出采用8751单片机来控制直流无刷电动机的原理框图。

8751的P1口同7406反相器联结控制直流无刷电动机的换相，P2口用于测量来自于位置传感器的信号H1、H2、H3，P0口外接一个数模转换器。

电动车无刷电机控制器驱动电路图

全桥驱动电路

无刷直流电机一般使用全桥驱动，即6个MOSFET分别构成上臂和下臂，通过MCU具有推挽输出的IO口控制，或者使用电机驱动专用芯片控制。

最常用的应该是3个P-MOS+3个N-MOS，电路结构简单。如下图所示。

这里使用的是MK电调V2.0版本中使用的MOSFET，P-MOS—IRFR5305、N-MOS—IRFR1205N-MOS的Vgs（th）=2V~4V，直接用工作在VCC=5V的MCU即可驱动控制，但注意IO口必须具有推挽输出功能，否则IO口的驱动能力不够。

图中R7/R8/R9可视为下拉电阻，使N-MOS的栅极电平有一个参考地，电平稳定不会意外导通MOSFET。R10/R11/R12电阻的作用有三个，一是减少振荡，二是减小栅极充电的峰值电流，三是防止N-MOS的漏-源极击穿。

由于MCU的IO引脚都存在杂散电感，与栅极电容串联形成LC振荡，加入电阻后会增大振荡阻尼而减小振荡；当对栅极加驱动电压时，会对栅源电容Ciss充电，此时Vgs上升但未到达阈值电压Vgs（th）时Vds基本不变，这段时间称为导通延迟时间td（on）。

当Vgs》Vgs（th）时，Vds下降同时id上升，这期间栅极和漏极之间的传输反向电容Crss开始向漏极放电，而此时栅极电流会流向该电容对其充电，但基本没有对Ciss充电，所以Vgs基本保持不变，这段时间称为上升时间tr，tr之后才会继续对Ciss充电。

电容充电的尖峰电流可以计算如下：I=Qg/（td+tr），其中Qg=Qgs+Qgd，即td+tr时间内的充电电量，计算结果电流是远大于MCu的IO口输出驱动电流，因此通过串联电阻，增加充电时间，即t=RC。但这会导致Vgs的上升沿和Vds的下降沿斜率减小，影响MOSFET的开关性能，所以电阻的选取要准确。（此处理论知识分析可能不正确

防止漏源击穿的原因也是和电容的时间常数有关，当栅极驱动电压快速关断，漏源极从导通状态变为截止状态，Vds迅速增加，当dVds/dt过大就会击穿器件，串联电阻可以减缓Ciss的放电时间，使Vgs缓慢变化，因此Vds不会迅速增加。

P-MOS的Vgs（th）《0，源极一般加11V电压，MCU的IO口无法正常控制P-MOS的开关，我们需要用三级管驱动栅极，三极管由IO口驱动控制。电阻R1/R2/R3上拉栅极电压，使P-MOS能关断。

这个电阻不能太小，否则会造成三极管导通时承受过大的电流。同时电阻也不能太大，否则会增加三极管BC极间电容的充电时间，延长三极管的导通时间，进而影响P-MOS栅极电压Vgs的上升时间。

三极管的选择不能选用我们常用的8050或9013小信号的三极管，它们的耐压和导通电流太低。R4/R5/R6阻值的选择无特别要求，只要使三极管工作在饱和区即可。