免费毕业论文--电动车无刷直流电动机控制设计(八)

 (2)速度控制电路和电池电压检测电路
 速度控制电路由电位器JP1、JP2、电阻R9一R12构成了，JP1外接电动车转把电位器 ， 通过改变电位器2和3端口的阻值，改变单片机adSPD端口采集到的电压值，通过A/D转换，转化为数字量，控制单片机输出的PWM信号的占空比，从而实现调速控制。JP2是限速用电位器，限制单片机AD输入口adSPD的上限，从而限制电动自行车的速度上限。
电池电压检测电路二极管D2、电阻R5、R 6和电容C14构成，由电阻R5和R6对输入的电池电压进行分压，通过微控制器的ADC单元，采集分压后的参量，计算出电池的电压。

(3) +5V电源电路
 +5V 电源电路由三端稳压器U3、电容C7- C10和电阻**R4构成，通过三端稳压器件LM7805对+12V电压变换得到十5V电压，为微控制器等器件供电。电阻**R4为分流电阻，实际使用中，根据+5V电源所需的最小电流选择适当阻值和功率的电阻，该电阻的使用对于减小三端稳压器件的发热有重要的作用。设计中，当在板器件距离较近时，滤波电容C8可以省去.电路如图3.6所示.

(4)逻辑保护电路
 U2为四输入与非门74LS00，用于控制底端输出，其作用是硬件逻辑保护，从硬件上绝同一桥臂的两个MOSFET管同时导通的状况发生;
 ATOP ,bTOP和CTOP为三相顶端驱动接口，在电路中，定义该接口为低电平有效。 aBOT,bBOT和cBOT为三相底端驱动接口，在电路中，定义该接口为高电平有效 。aBTM.b BTM和cBTM为经过逻辑保护后的三相底端驱动接口，在电路中，定义该接口为低电平有效。

图3.8为与非门真值表，以A相为例，输入端A连接aTOP，输入端B连接aBOT,输出端Y连接aBTM，由真值表可见，当顶端驱动接口aTOP处于有效的低电平状态时，经过逻辑保护后的底端驱动接口aBTM为无效的高电平状态：只有当顶端驱动接口aTOP处于无效的高电平状态，并且底端驱动接口aBOT处于有效的高电平状态时，经过逻辑保护后的底端驱动接口aBTM才会为有效的低电平状态。可见，硬件逻辑保护使得aTOP和aBTM不可能同时有效，从而避免了同相桥臂同时导通的危险。
3.4三相全桥逆变电路和驱动电路
 逆变电路和驱动电路是主控芯片与被控电机之间联系的纽带，其传输性能的好坏直接影响着整个系统的运行质量。其功能是将电源的功率以一定逻辑关系分配给无刷直流电动机定子上各相绕组。功率场效应晶体管具有开关速度快、高频特性好、输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性优良、无二次击穿问题、安全工作区宽和跨导线性度高等显著特点，因而在各类中小功率开关电路中得到了广泛的应用。
 在本控制系统中就采用了MOSFET组成的逆变器变换电路。根据第二章所述，半桥逆变器的控制比较复杂，需要六组控制信号，电机三相绕组的工作也相对独立，必须对三相电流分别控制。而全桥逆变器的控制比较简单，只需三组独立控制信号，且任一时刻导通的两相电流相等，只要对其中一相电流进行控制，另外一相电流也得到了控制.因此本设计采用全桥逆变电路来控制各相位的导通，如图2.4所示.
 本设计中逆变器上下桥臂都采用N沟道MOSFET管，如图3.9所示。P型MOSFET管由于工艺的原因，参数一致性较差，价格较贵，而且其内阻比N沟道的MOSFET管大，损耗也大.因此，当前的无刷控制器一般都采用两个N沟道MOSFET管组成逆变器的一相。
 当功率M OSFET管用作开关，被驱动饱和导通，即在它的两极之间压降最低时，其
栅极驱动要求可概括如下:
 (1) 栅极 电压一定要比漏极电压高10-15V，用作高压侧开关时其栅极电压必定高
于干线电压，常常可能是系统中的最高电压.
 (2) 栅极电压从逻辑上看必须是可控的，它通常以地为参考点。
 (3) 栅极驱动电路吸收的功率不会显著地影响总效率。
 本系统中功率MOSFET的漏极电压为36V，本系统的最高电源电压也为36V。为满
足栅极高于漏极10V-15V的要求，需要采用升压电路[321
3.4.1顶端、底端驱动电路
 (1) 驱动电路
 如图 3 .9 所示，由于受到匹配电压的限制，顶端驱动电路无法直接与TTL器件匹配，因此在电路中通过LM339用来间接匹配电压，匹配后的LM339输出端(a相2脚、b相1脚、c相14脚)电平分别为12V的有效状态或大于25V的无效状态。
 当某相顶端驱动电路有效时，场效应器件VF1(或VF3,V F5)的栅极电压不低于46V，才能保证场效应管的充分导通.导通后，X1(或X2, X3电压与电池电压相同)。
 由于 MOSFET管的栅极绝缘栅易被击穿破坏，因此栅源间电压不得超过正负20V.栅源间并联电阻或齐纳二极管，以防止栅源间电压过大。本设计中，顶端驱动电路中的15V稳压二极管DZ2, DZ4和DZ6为保护二极管。漏源间也要加保护电路以防止开关过程中因电压的突变而产生漏极尖峰电压损坏管子，可用齐纳二极管籍位.当电机意外突然停转时，电机绕组产生瞬间的反向高压可能会损坏功率管，所以在直流母线上并联一只耐高压电容，意外停机时，母线上产生的瞬间高压会由于电容两端电压不能突变而得到抑制。
 底端电压驱动电路采用NE555内部的推挽电路，利用单片机产生的PWM信号调制底端驱动信号，调制后的信号通过电阻藕合至底端驱动场效应管的栅极，控制场效应管的导通状态。因为底端驱动电路中NE555功耗较大，因此，需要为U8、U9和U10配上祸合电容C37、C39和C43.
 底端电压驱动电路中的R22,R30,R38为串联栅电阻，是场效应管底端驱动的保护电路，可消去由MOSFET电容和栅一源电路在任何串联绕组感

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