發布日期：2022-10-09 點擊率：57
驅動電路的性能很大程度上影響整個系統的工作性能。有許多問題需要慎重設計，例如，導通延時、泵升保護、過壓過流保護、開關頻率、附加電感的選擇等。
1.開關頻率和主回路附加電感的選擇
力矩波動也即電流波動，由系統設計給定的力矩波動指標為ΔI/IN，對有刷直流電動機而言，通常在(5~10)%左右。為了便于分析可認為
ΔI/IN=ΔI/(Us/Rd) (1)
式中Rd為電樞回路總電阻。代入前面各種驅動控制方式的ΔI表達式中，消去Us，可求出：
對于單極性控制
&nbs
p; Ld/Rd≥5T~(可逆或不可逆) (2)
對于雙極性控制
Ld/Rd≥10T~5T （3）
式中T為功率開關的開關周期。
對于有刷直流電動機，電磁時間常數Ld/Rd一般在10ms至幾十毫秒。若采用GTR，開關頻率可取2KHz左右，T=。若采用IGBT，開關頻率可取18KHz以上，所以上式均能滿足。若采用GTO或可控硅功率器件，由于工作頻率只有100Hz左右，此時應考慮在主回路附加電抗器，且
Ld="Lf"+La (4)
對不可逆系統還應進一步檢查臨界電流，IaL=UsT/8Ld≤Ia0應小于電機空載電流，防止空載失控。
對于低慣量電機、力矩電動機，由于電磁時間常數很小（幾個毫秒或更小），此時應考慮采用開關頻率高的IGBT功率開關器件。
2. 功率驅動電路的選擇
小功率驅動電路可以采用如圖1所示的H橋開關電路。UA和UB是互補的雙極性或單極性驅動信號，TTL電平。開關晶體管的耐壓應大于1.5倍Us以上。由于大功率PNP晶體管價格高，難實現，所以這個電路只在小功率電機驅動中使用。當四個功率開關全用NPN晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管(BG1和BG3)的基極電平偏移問題。圖2中H橋開關電路利用兩個晶體管實現了上橋臂晶體管的電平偏移。但電阻R上的損耗較大，所以也只能在小功率電機驅動中使用。
當驅動功率比較大時，一般橋臂電壓也比較高，例如直接取工頻電壓，單相220V，或三相380V。為了安全和可靠，希望驅動回路（主回路）與控制回路絕緣。此時，主回路必須采用浮地前置驅動。圖3所示的浮地前置驅動電路都是互相獨立的，并由獨立的電源供電。由于前置驅動電路中采用了光電耦合，使控制信號分別與各自的前置驅動電路電氣絕緣，于是使控制信號對主回路浮地（或不共地）。
圖3 大功率
驅動電路
3. 具有光電耦合絕緣的前置驅動電路
對于大功率驅動系統，希望將主回路與控制回路之間實行電氣隔離，此時常采用光電耦合電路來實現。有三種常用的光電耦合電路如圖4所示，其中普通型的典型型號是4N25、117等，高速型的典型型號有985C，高電流傳輸比型也稱達林頓型，典型型號有113等。
圖4 典型光電耦合器電路
圖中，普通型光耦的Ic/Id=0.1~0.3；高速型光耦采用光敏二極管；高電流傳輸比型光耦的Ic/Id=0.5；它們的上升延時時間和關斷延時時間分別為tr，ts>4~5μs；tr，ts<1.5μs；tr，ts為10μs左右。
光電耦合器與后續電路結合就能構成前置驅動電路，如圖5所示。這個前置驅動電路的上升延時tr——3.9μs，關斷延時ts——1.6μs，可以在中等功率系統中使用。
圖5 前置驅動電路
為了對功率開關提供最佳前置驅動，現在已有很多專用的前置驅動模塊。這種驅動模塊對功率開關提供理想前置驅動信號，保證功率開關迅速導通，迅速關斷，對功率開關的飽和深度進行最佳控制，對功率開關的過電流、過熱進行檢測和保護。例如，EX356、EX840等等。
4. 防直通導通延時電路
對H橋驅動電路上下橋臂功率晶體管加互補信號，由于帶載情況下，晶體管的關斷時間通常比開通時間長，這樣，例如當下橋臂晶體管未及時關斷，而上橋臂搶先開通時就出現所謂“橋臂直通”故障。橋臂直通時電流迅速變大，造成功率開關損壞。所以設置導通延時，是必不可少的。圖6是導通延時電路及其波形。
圖6 導通延時電路及波形
導通延時，有時也稱死區時間，可通過RC時間常數來設置；對GTR可按0.2μs/A來設置；對MOSFET可按0.1~0.2μs設計，且與電流無關，IGBT可按2~5μs設計。舉例說明，若為GTR，f=5kHz，雙極性工作，調寬區域為T/2=1/10=。若I=100A，則Δt==20μs，則PWM調制分辨率最大可能性為
(T/2)Δt=0.1/=5 (5)
這說明死區時間占據了調制周期的1/5，顯然是不可行的。所以對于100A的電機系統，GTR的開關頻率必須低于5kHz。例如，2kHz以下，此時分辨率達12.5左右。
驅動電路的設計還有很多問題，例如過壓、過流、過熱、泵升保護等等。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 簡述PLC應用及使用中
