0  引  言无刷直流电动机调速需使用较多的开关器件。
    本设计中开关电路采用Mosfet作为功率开关器件，选用的器件为IRF540Ns。在M0s{_et的应用中，驱动、保护和吸收这三个问题必须全面考虑。本文讨论了开关电路中Mosfett应用的若干问题，详细介绍了无刷直流电动机驱动及保护电路。
    1 Mosfet驱动与du/dt保护
    1．1 Mosfet驱动功率
     MOsFET的栅源极之间都有数皮法左右的极间电容。为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。Mosfet开通的栅源极问的驱动电压一般为lO V～15 V。虽然栅极电压为零就可以使Mosfet处于截止状态，但为了减小关断时间和关断损耗，关断时施加一定幅值的负驱动电压，一般为一5 V～一15 V。
    为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，需要在栅极串人一只低值电阻(数十欧左右)。该电阻阻值应随驱动器件电流额定值的增大而减小。
    1．2 Mosfet du/dt
     出保护Mosf；et关断或开通时，由于主回路电流的突变，回路分布电感将产生很高的尖峰电压加在其两端，使Mosfet超过安全工作区而损坏。此外，虽然M0sfet的D、s之间承受的du/dt比较高，但由于Mosfet在栅漏之间、栅源之间存在寄生电容cGC和cGE，在大功率全桥变换器中，过大的du/dt会通过cGC和cGE耦合到栅极上，产生干扰，使Mosfet误导通而造成桥臂直接短路。一般加缓冲电路来解决这个问题。主要有关断缓冲电路和尖峰电压吸收缓冲电路。图l为关断缓冲电路的基本型式。除此以外，还要注意以下两点：一是在断态时，必须加足够的负栅电压VGEOFF二是要尽可能降低栅极电路引线电感。    2 IR2130驱动芯片特点
     IR2130可用来驱动工作在母电压不高于600 V电路中的功率MOS门器件。其可输出的****正向峰值驱动电流为250 mA，而反向峰值驱动电流为500 mA，具有电流放大和过流保护功能；能自动生成上、下侧驱动所必需的死区时间(2—2．5 μs)；具有欠压锁定功能，且能指示欠压和过电流状态；输入端有噪声抑制功能。电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器单独使用，亦可只用其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与1TL及cOMS电平兼容。
    3驱动及保护电路
    3．1功率器件驱动设计。
[R2130芯片自身的特点使得驱动电路非常简单，如图2所示(图中只画了一个桥臂的驱动电路)。VC(：是通过7815稳压器得到的所需15 V电源。c1是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量。D4的作用防止上桥臂导通时的直流电压和母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏，因此D4应有足够的反向耐压，当然由于D4与c1串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求，D4应选快速恢复二极管。R17和R12是：MOS—FET的栅极电阻，R8，R23是防静电电阻，以免由于静电烧毁功率管。IR2130的HINl～HIN3、LINI～LIN3作为功率管的输入驱动信号与单片机连接，由CPIJ控制产生PWM控制信号的输入。FAuLT与cPu外部中断引脚连接，由cPu中断程序来处理故障。自举电容的容量取决于被驱动功率MOS门器件的开关频率。自举电容所需的最小电容值可由式(1)计算。

    式中，Qg为高端器件栅极电荷；f为工作频率；Iqbs(max)为高端驱动电路****静态电流；ICBS(leak)为自举电容漏电流；Qls为每个周期内电平转换电路中的电荷要求；VCC为芯片供电电压；Vf为自举二极管正向压降；Vls低端器件压降或高端负载压降。

    3．2下管过电流检测电路
     当下管开通时，对下管的VCE进行检测，MOS管稳定导通的栅极电压为10 V(VREFl的理论值)左右，如图3所示(图中只画出了一个下管的检测电路)。VREFl经2个电阻分压，与L01比较作为下管开通的标志DLOAl(大于VREF1输出为高，下管开通)。根据数据手册可知，所选MOS管****可过电流33 A，导通时的电阻为44毫欧，则MOS管导通时的理论****压降为33×O．044=1．452V。DLOAl的理论****值为MOS管的****压降加上D7导通时的压降再加上R27的压降总和，计算得到DLOAlmax=2．6 V(VREF的理论.    值)。设计中VREF通过两个电阻分压得到。
    当DLOAl高于VREF时，对下管进行过电流保护。

    3．3芯片自身保护功能
    IR2130自身具有强大的保护功能。
    a．过流保护。电流检测信号ITRIP’接至过流检测输入端rrRIIF(9脚)。当外电路发生过流或直通，ITRII端电压高于O．5 V时，IR2130内部保护电路使其输出驱动信号全为低电平，从而使被驱动的MOS器件全部截止，保护了功率管。同时，IR2130的FAuLT(引脚8)变为低电平，该信号接CPU故障管脚，进行相应的故障处理。
    b．欠压保护。若[R2130的工作电源欠电压(即当VCC下降到8．9 V)，与过流保护相似，内部的欠压保护电路使其输出驱动信号全为低电平，同时从FAult端输出故障信号。
    c．逻辑封锁。当前一级控制电路的脉冲发生逻辑错误时，IR2130接受到功率元件同一桥臂高压侧和低压侧两功率器件的驱动信号全为高电平时，内部保护电路可保证该两路栅极驱动信号全为低电平，从而防止了驱动信号有误而引起的直臂导通现象。
    4测试结果
    在实验室对设计制成的电路板进行了测试。
    测试条件为：电压为24 v(Dc)，负载电机为5 kW无刷直流电动机，PWM斩波频率为20 kHz。
    用示波器测得的IR2130的上下管互补PWM波形如图4所示。使用示波器测得[R2130的输出死区时间为2．5μs，如图5所示。实验使用示波器测得下管vcE波形如图6所示。

    图6中，1为VSl，测得****值为27．6 v，2为DL0lAl，测得****值为1．2 v。使用万用表测得vREF=2．3 V。空载时，电枢电流为零或者忽略不计，则MOS管的压降为VREF—DLOAL=2．3—1．2=1．1 V。
    查相应所使用的M()sFET数据手册，MOSI~圈r导通时的电阻值为44毫欧，则下管MOS可通过的****电流为l_l／n 044=25 A，也即实际应用中当下管的电流大于25 A时，对下管进行过流保护。
    实验结果表明，基于IR2130的集成化驱动电路，电路结构简单，波形失真不明显，控制效果良好，可靠性高。本方案具有很强的实用价值，可以为交流调速系统、直线电机控制、开关磁阻电机控制、usP等的研究提供参考。
    本文用[R2130配合较少的外围电路实现了电动助力车用无刷电机控制。由于芯片自身的功率器件驱动及各种保护功能，在降低成本的同时，提高了系统的可靠性。
    参考文献
    [1]  谭建成  电机控制专用集成电路[M]北京：机械工业出版，2002．[2]李爱文，张承慧．现代逆变技术及其应用[M]．北京：科学出版社，2000．[3]  张琛．直流无刷电动机原理及应用[M]北京：机械工业出版社，2004[4]杜坤梅，李铁才．电机控制技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，’2002．[5]沈耀忠．TMOS功率场效应晶体管原理及应用[M]．北京：
    电子工业出版社，2001．作者简介：邵瑜(1984一)，女，硕士，研究方向为电子及运动控制。
    李声晋(1964一)，男，教授，博士生导师，研究方向为电力电子，电力传动及运动控制。
    芦刚(1964)，男，教授，硕士生导师，研究方向为电力电子，及运动控制。
    彭涛(1982一)，男，硕士，研究方向为电子及运动控制。