开关电容变换器在直流无刷电机驱动电路中的应用
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硬件电路设计说明书V1 文档版本 1.0编写人:***编写时间:2015-06-10 部门:研发部审核人:审核时间:1.引言1.1编写目的本文档是无刷直流电机风机盘管电源电路及控制驱动电路的硬件设计说明文档,它详细描述了整个硬件模块的设计原理,其主要目的是为无刷直流电机控制驱动电路的原理图设计提供依据,并作为 PCB 设计、软件驱动设计和上层应用软件设计的参考和设计指导。
1.2产品背景1.3参考资料Datasheet:Kinetis KE02Datasheet:MKE02Z16VLC2Datasheet:MKE02Z64M20SF0RMDatasheet:FSB50760SFTDatasheet:TNY266Datasheet:FAN75272.硬件电路概述2.1电源部分电源部分主要功能是提供400V直流电供给电机,另外提供15V直流电给电机驱动芯片供电。
采用反激式开关电源设计。
2.1.1总体方案设计一款 100W驱动开关电源。
给定电源具体参数如下:(1)输入电压:AC 85V~265V(2)输入频率:50Hz(3)工作温度:-20℃~+70℃(4)输出电压/电流:400V/0.25A(5)转换效率:≧85%(6)功率因数:≧90%(7)输出电压精度:±5%系统整体框架如下如图所示为电源的整体架构框图,主要目的是在输入的85~265V、50Hz交流电下,输出稳定的恒压电机驱动直流电。
由图可知,电源电路主要包括了前级保护电路模块、差模共模滤波模块、整流模块、功率因数校正模块、DC/DC模块。
其中EMI滤波电路能够抑制自身和电源线产生的电磁污染,功率因数校正电路采用Boost有源功率因数校正,用电压环、电流环双环闭环进行控制。
DC/DC模块采用光电耦合将原边和副边进行反馈,控制了开关管的开通和关断,保持电压稳定在15V。
2.1.2系统接口2.2控制驱动电路控制驱动电路主要用于控制电机转速,使直流无刷电机按照设定速度平稳安静运行。
直流无刷电机驱动器ATE33035使用说明介绍ATE33035(替代MC33035)是一种单片的直流无刷电机控制器,它包含了开环控制的三、四相电机控制系统所需的全部功能。
此外,也可以用于控制直流有刷电机。
采用双极性模拟技术,其全功能和高耐用性非常适合与恶劣的工业环境。
功能包括:1、准确转动位置测序的转子译码器;2、参考与电源电压传感器的温度补偿;3、可预设频率的锯齿波振荡器;4、全接近误差放大器;5、脉宽调制比较器;6、上部的三个集电极开路驱动器;7、下部的三个用于驱动功率场效应管MOSFET的大电流图腾柱电路。
保护功能包括:1、欠压锁定;2、可预设关断延迟时间的逐周期电流限制模式;3、内部热关断;4、可以连接到微处理器控制系统的故障输出端口。
电机控制功能包括:1、开环时间控制;2、正、反向运行控制;3、可控的启用和制动。
4、可以通过60°/ 120°选择引脚设置转子位置解码器,用于60°或120°的电机相位传感器输入。
方框图功能说明典型应用方框图见图19,其它各种应用方框图见图36,38,39,43,45和46。
下面各种方框图中关于内部功能和特性的说明,都要参照图19和图36。
转子位置译码器内部转子位置译码器监控三个传感器输入(管脚4,5,6)为上部和下部驱动提供适当的输出顺序。
传感器输入端口设计为可以直接连接到集电极开路型霍尔效应开关或光电耦合器(通过旋转开槽孔)。
内部上拉电阻可以保证外部器件的小信号输入有效。
兼容典型门限为2.2 V 的TTL电平输入。
ATE33035设计用于常用的三、四相位传感器的电动机控制。
通过管脚22(60°/120°选择输入)可以便利的完成A TE33035内部设置,能够控制60°、120°、240°和300°电相位传感器的电动机。
三个传感器输入能够组合成八组可能的输入代码,其中的六组用于有效转子位置。
无刷直流电机逆变器的软开关技术无刷直流电机逆变器是一种将直流电能转换成交流电能并驱动无刷直流电机的电子设备。
在无刷直流电机逆变器中,软开关技术在提高电机效率、减少电机噪音、降低电机振动等方面起着重要的作用。
本文将介绍无刷直流电机逆变器软开关技术的原理、分类、现有研究进展,并分析其优缺点。
无刷直流电机逆变器的原理是将直流电能通过逆变器转换成交流电能,然后通过交流电能驱动无刷直流电机运转。
在逆变器中,开关管承担着很重要的作用,其具体工作模式在很大程度上决定了逆变器的性能。
传统的硬开关技术在开关管关断时会产生较大的开关损耗和电磁干扰,不利于逆变器的安全和稳定运行。
而软开关技术可以在开关管关断时通过一系列控制策略提高开关管的效率和工作稳定性,减小开关损耗和电磁干扰。
根据开关管的工作原理和逆变器的拓扑结构,可以将软开关技术分为多种类型。
常见的软开关技术包括零电压切换(ZVS)技术、零电流切换(ZCS)技术、有限电压切换(FZVS)技术等。
其中,ZVS技术是指在开关管关断时通过调节电压或电流使其达到零值的技术,可以减小开关管关断时的开关损耗,提高逆变器的效率。
ZCS技术是指在开关管关断时通过调节电流使其达到零值的技术,可以减小开关管关断时的电流压力,降低电磁干扰。
FZVS技术是指在开关管关断时通过控制电压保持在一定范围内的技术,可以降低开关管关断时的电压应力,延长其使用寿命。
当前,软开关技术在无刷直流电机逆变器中得到了广泛的应用和研究。
根据控制策略的不同,可以将软开关技术进一步分类为PWM控制技术、谐振控制技术、混合控制技术等。
PWM控制技术是指通过调节开关管的通断时间比例来控制输出电压或电流的技术,可以实现电机的高效驱动和精确控制。
谐振控制技术是指通过共振电路和谐振元件来控制开关管的开关瞬间,减小开关损耗和电磁干扰。
混合控制技术是指将PWM控制技术和谐振控制技术相结合的技术,可以实现更高的性能和更低的成本。
无刷直流控制方案引言无刷直流(BLDC)电机由于其高效率、长寿命和高功率密度等优点,已经广泛应用于许多领域,如电动车、无人机、工业自动化等。
为了实现对无刷直流电机的精确控制,需要采用适当的控制方案。
本文将介绍几种常用的无刷直流控制方案,并讨论其优缺点。
基于PWM的无刷直流控制方案基于脉宽调制(PWM)的无刷直流控制方案是最常用的一种控制方法。
该方法通过控制电机驱动器的输入电压的脉宽和频率,来实现对电机速度和转矩的控制。
控制原理基于PWM的无刷直流控制方案实质上是一种开关控制方法。
通过在电机驱动器中采用适当的开关器件(通常为MOSFET),将输入电压转换为高频脉冲。
这些脉冲的宽度和频率可以通过调整PWM信号的占空比和频率来控制。
当PWM信号为100%时,开关器件始终处于导通状态,电机将以最大速度运行。
当PWM信号为0%时,开关器件始终处于断开状态,电机停止运行。
通过调整PWM信号的占空比,可以控制电机的转速。
例如,当PWM信号的占空比为50%时,电机将以一半的速度运行。
优点•简单、成本低廉:基于PWM的控制方案只需要一个PWM信号源和一些开关器件,成本较低。
•精确控制:通过调整PWM信号的占空比和频率,可以实现对电机的精确控制。
缺点•存在开关损耗:由于开关器件的导通和断开,会引起开关损耗。
这将导致电机驱动的功耗增加,并可能产生热量。
•PWM噪声:由于PWM信号是高频脉冲,可能会产生电磁干扰和噪声。
在某些应用中,这可能是一个问题。
基于传感器反馈的无刷直流控制方案基于传感器反馈的无刷直流控制方案是一种更高级的控制方法。
该方法通过使用传感器(如霍尔传感器)来测量电机的转子位置和速度,从而实现对电机的更精确控制。
控制原理基于传感器反馈的无刷直流控制方案通过将传感器与电机驱动器连接,实时测量电机的转子位置和速度。
这些信息可以帮助控制器更准确地计算电机所需的电压和电流,从而实现对电机的精确控制。
通过传感器反馈,控制器可以实时监测电机的转速和转子位置,并调整PWM 信号的占空比和频率,以实现所需的转速和转矩。
直流无刷电机驱动电路设计提纲:一、直流无刷电机驱动电路的基础原理及设计要点分析二、直流无刷电机驱动电路的设计方法及其优缺点探讨三、直流无刷电机驱动电路中的功率因素控制技术研究四、直流无刷电机驱动电路的实际应用案例分析五、直流无刷电机驱动电路的未来发展方向预测一、直流无刷电机驱动电路的基础原理及设计要点分析直流无刷电机驱动电路的主要原理基于于磁场相互作用的电动力学基本规律,即当电流经过线圈时,可激发磁场,从而推动马达的转动。
基本的驱动电路由电源、电机控制器和无刷直流电动机组成。
在电机控制器中,通常采用功率半导体器件(IGBT、MOSFET等)作为开关元件,通过PWM、SPWM 等调制方式将电机的速度、扭矩控制在合理的范围内,从而实现直流无刷电动机的转速调控。
在电路设计中,应优先考虑功率半导体元件的选择、功率因素的控制、电流保护等方面。
二、直流无刷电机驱动电路的设计方法及其优缺点探讨直流无刷电机驱动电路的设计根据不同的应用场景和工作特点采用不同的控制方法。
目前常见的方法包括四种:1. 电压调制(V/F)控制方法:调节电机控制器输出的交流电压和频率,来控制电机的转速和扭矩。
2. 电流控制方法:通过控制电机控制器中的感应电流、换向电流等来控制电机转速和扭矩。
3. 磁场定向控制方法:通过调节电机控制器中所激励的电流方向和大小来控制磁场的方向和大小,进而控制电机的转速和扭矩。
4. 磁场反转控制方法:通过调节电机控制器中的电流,将电机磁场相反转,从而达到正反转换和调速的目的。
不同的控制方法各具优缺点,应根据实际应用需求选择适当的控制策略。
三、直流无刷电机驱动电路中的功率因素控制技术研究在直流无刷电机驱动电路实际应用中,由于诸多因素影响,在实际运行中往往存在较大的滞后现象,导致功率因素较低,从而降低了电路效率、增加了电能消耗。
针对这一问题,可以采用计算机数值控制技术、电容电感等附加校正芯片、电流同步控制器等手段来进一步提高电路功率因素,从而进一步提高电路效率和稳定性。
直流无刷马达驱动芯片的工作原理和应用直流无刷马达(BLDC)是一种通过电子驱动器来控制转子位置和速度的电机。
它采用了无刷电机的特点,即无需使用碳刷和换向器,从而降低了摩擦和能量损耗,并提高了效率和可靠性。
而驱动芯片则是控制BLDC马达的关键组件之一,它负责接收控制信号并将其转化为驱动电流,从而实现对马达的控制。
BLDC马达的工作原理是基于磁场的相互作用。
马达内部有一个固定不动的部分称为定子,以及一个可以旋转的部分称为转子。
定子上分布着若干个线圈,称为绕组,通过通电产生磁场。
转子上则有若干个永磁体,它们的磁极分布使得转子上也存在磁场。
当定子磁场和转子磁场相互作用时,会产生电磁力使得转子开始旋转。
BLDC马达的转子位置和速度的控制是通过电子驱动器实现的,而驱动芯片则是电子驱动器的核心部件。
驱动芯片内部包含了若干个功率开关,它们可以根据控制信号进行开关操作,控制电流的流向和大小。
通过切换不同的功率开关,驱动芯片可以实现对马达转子的精确控制。
驱动芯片还可以根据马达的转子位置和速度进行反馈控制,从而实现闭环控制,提高系统的稳定性和响应速度。
BLDC马达驱动芯片的应用非常广泛。
在工业领域,它常用于机床、自动化生产线以及机器人等设备中,用于驱动各种需要精确控制的运动部件。
在家电领域,它常用于洗衣机、冰箱、空调等家电产品中,用于驱动风扇、压缩机等部件。
在电动车和无人机等交通工具中,BLDC马达驱动芯片也发挥着重要的作用,提供高效、可靠的动力输出。
此外,BLDC马达驱动芯片还广泛应用于医疗设备、电动工具、航空航天等领域。
BLDC马达驱动芯片具有许多优点。
首先,它可以实现高效能的驱动,因为无刷电机的摩擦和能量损耗较小。
其次,它具有较长的使用寿命和较高的可靠性,因为无需使用碳刷和换向器。
此外,BLDC 马达驱动芯片还可以实现精确的转子位置和速度控制,从而提高了系统的控制精度和响应速度。
最后,BLDC马达驱动芯片还可以实现闭环控制,提供更加稳定的输出。
用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变器王强;唐朝垠;王天施;刘晓琴【摘要】The brushless DC motor is supplied by a hard-switching inverter,which causes the problem of high switching loss and low efficiency in the inverter.A resonant pole soft-switching inverter was proposed for brushless dc motor to reduce switching loss.By adding auxiliary resonant circuits to three-phase out-put of the hard-switching inverter,it realized zero voltage switching operation of all main switching devices in inverter and zero current switching operation of auxiliary switching devices,based on the resonance be-tween the equivalent inductance of high frequency transformer in the auxiliary circuit and snubber capaci-tor in parallel with main switching device.According to equivalent circuits in different modes,commuta-tion process of the circuit and design rule were analyzed.The mathematical model for auxiliary resonant circuit loss was established and the influence of resonant parameters on the loss of auxiliary circuit was discussed.A laboratory prototype wasbuilt.Experimental results showed that both of the main switching devices and auxiliary switching devices were operated under zero voltage or zero current.The resonant pole inverter presented can effectively improve efficiency and reduce switching loss.%用硬开关逆变器来驱动无刷直流电机会产生逆变器的开关损耗大和运行效率低的问题.为降低开关损耗,提出一种用于无刷直流电机驱动的新型谐振极软开关逆变器的拓扑结构,通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振电路,利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与主开关并联的缓冲电容之间的谐振,实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关.依据不同工作模式下的等效电路图,分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起了辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响.制作了1台实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关.该谐振极软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2017(021)006【总页数】7页(P59-65)【关键词】无刷直流电机;逆变器;软开关;变压器;谐振【作者】王强;唐朝垠;王天施;刘晓琴【作者单位】辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TM464无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)具有惯性低、响应快、功率密度高、稳定性好以及维修费用低等优点,因此它在工业领域中得到了广泛的应用。
无刷直流电机原理及应用无刷直流电机(也称为BLDC电机)是一种以电子换向技术取代了传统的机械换向方式的电机。
它是由一个永磁转子和一个多相绕组组成的,通过电子器件来控制电流在绕组中的流动方向,从而达到转子的旋转目的。
无刷直流电机的工作原理可以简单描述为:1. 以三相电源供电:无刷直流电机通常以三相交流电源供电。
这种供电方式可以通过三个相序交替的电压信号来生成一个旋转的磁场,从而驱动永磁转子旋转。
2. 电子换向:无刷直流电机使用电子器件(如MOSFET)来控制电流在绕组中的流动方向。
根据转子位置和转速的反馈信号,电子器件可以按照特定的顺序开启和关闭,以确保电流始终流向转子需要的方向。
3. 旋转力矩产生:通过不断地更换电流的流动方向,无刷直流电机可以生成一个连续的旋转力矩。
这个力矩会传递给转子,使其旋转起来。
同时,通过控制电子器件的开关频率,可以调整电机的转速。
无刷直流电机具有以下几个优点,使其在许多领域得到广泛应用:高效率:由于电子换向和永磁转子的使用,无刷直流电机具有较高的效率。
与传统的有刷直流电机相比,无刷直流电机减少了能量的损耗,从而提高了整体效率。
长寿命:无刷直流电机没有机械换向器,减少了摩擦和磨损。
因此,无刷直流电机的寿命通常比有刷直流电机更长。
高转矩密度:由于无刷直流电机的旋转力矩是由电子器件控制的,因此它可以在短时间内产生较高的输出转矩。
这使得无刷直流电机在需要快速启动,加速和停止的应用中特别有用。
精确的速度控制:由于电子器件可以精确地控制电流的流动方向和大小,因此无刷直流电机可以实现精确的速度控制。
这使得它在需要高精度控制的应用中(如机器人,印刷机和医疗设备)得到广泛应用。
快速响应:由于电子换向的使用,无刷直流电机的响应速度非常快。
它可以迅速响应外部控制信号的变化,并调整电机的输出转矩和转速。
总之,无刷直流电机是一种高效,可靠,具有高转矩密度和精确控制功能的电机。
它在许多领域得到广泛应用,包括汽车行业,航空航天,机器人技术,家用电器等。
开关电容变换器在直流无刷电机驱动电路中的应用陈渊睿1 姚月锋1 巩兴华21)华南理工大学电力学院,广州,510640 2)西北工业大学自动化学院,西安,710072Email: yrchen@摘 要 提出了将开关电容变换器应用于直流无刷电机驱动电路的理论。
分析了文中提出的开关电容变换器的工作原理,并设计了合理的拓扑结构,该变换器可作为全桥变换器开关管驱动模块中自举电容的充电泵电路。
最后进行了仿真和实验验证,证明了理论的正确性与可行性。
关键词 开关电容,直流无刷电机,自举电容,变换器Application of Switched Capacitor Converter in DC BrushlessMotor Driver CircuitYuan-rui Chen1Yue-feng Yao1 Xing-hua Gong21). Electric Power College, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China2). College of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi-an, 710072, ChinaAbstract: In this paper, the theory of switched capacitor converter used in DC brushless motor driver modules is presented. The proposed theory in the paper is analyzed and the topology of the switched capacitor converter is designed, which can charge for the bootstrap capacitors of the MOSFET drivers. Finally, the proposed theory is verified by the simulation and experiments. Keywords: Switched Capacitor, DC Brushless Motor, Bootstrap Capacitor, Converter1. 引言开关电容变换器是一种典型的无感变换器,它不含任何磁性元件,仅有电容和开关组合起来,因此这种变换器具有体积小、重量轻等优点。
开关电容网络在功率因数校正(PFC)、滤波等方面都有广泛的应用,但在直流无刷电机驱动电路中的应用还相对较少,本文提出用开关电容变换器作为直流无刷电机驱动模块中自举电容的充电泵电路,并做了详细的理论分析和电路设计。
直流无刷电机的主电路一般为三相桥式变换器,在传统的驱动方法中,高端的三个开关管都必须有各自的独立驱动电源,这样就使整个电路的体积及复杂国家自然科学基金重点项目(资助号:60534040),广东省自然科学基金项目(资助号:04020011)性等大大增加。
对于专门用于桥式变换器的驱动芯片(如IR2110,IR2132等),可以在仅用一个独立电源的情况下,通过自举电容来为高端开关管的驱动电路供电[1]。
这种通过自举电容供电的方法虽然简单,但也有其局限性:开通时间和占空比受限于自举电容的再充电,开关管只能工作在导通频率比较高的情况下,如果开关管长时间导通和占空比较大时,就需要有充电泵电路来给自举电容充电。
本文提出了用开关电容变换器作为充电泵为驱动模块中自举电容充电的方法,通过对电路拓扑和控制策略的合理设计,能使自举电容上的电量始终保持在一定的范围内,从而确保MOSFET在频率很低的情况下也能被完全驱动。
最后对文中提出的理论和电路拓扑进行了仿真和实验验证,证明了本文所设计的开关电容变换器可以很好的满足MOSFET的驱动要求。
2. 自举电路工作原理自举电路原理图如图1所示:M1Dbs图1. 自举电容电路原理图bs V (驱动电路b V 和s V 管脚之间的电压差)给集成电路高端驱动电路提供电源,该电源电压必须在10V 到20V 之间,以确保驱动电路能完全地驱动MOSFET 。
bs V 电源是悬浮电源,附加在s V 电压上(s V 通常是一个高频方波),通过图1所示的自举方式就可产生悬浮电源电压bs V 。
电路工作原理如下:当s V 被拉低时(通过负载或下端开关管),15V 电源cc V 通过自举二极管bs D 给自举电容bs C 充电,因此给bs V 提供一个电源。
bs C 电容只在高端器件关断,s V 被拉到地时才被充电,因此为保证被高端驱动电路吸收掉的电容bsC 上的电荷能得到完全补充,低端器件导通时间(或高端器件关断时间)应尽量长,这样开关管导通时间和占空比就被自举电容的再充电所限制。
当开关管长时间导通和占空比较大时就需要有充电电路给自举电容补充电荷,本文提出的开关电容变换器就可实现这种充电功能。
3. 开关电容变换器工作原理分析基本开关电容变换器的结构如图2所示[2,3,4]:RL图2. 基本开关电容变换器的组成图2中1C 和2C 分别是源电容和负载电容,1S 和2S 是MOSFET 开关管。
基本开关电容变换器通常具有两个工作状态:在状态I,1S 导通,2S 截至,1C 被Vs 充电,2C 向负载放电;在状态II,1S 截至,2S 导通,1C 向2C 和负载放电,补充2C 的储能。
本文在基本开关电容变换器工作原理的基础上,提出了适用于桥式电路,可以为高端驱动电路中自举电容充电的开关电容变换器,电路拓扑结构如图3所示:B AABBA图3. 本文所设计的开关电容变换器的主电路结构 图3中Vs 为直流电源,为低端开关管的驱动电路供电,同时通过开关电容网络给高端驱动电路中的自举电容充电。
1C 为源电容,2C 、3C 、4C 为的负载电容,Si (i 等于1,2,…,8)为MOSFET 开关管,i D (i 等于1,2,…,6)的作用是为防止Si 关断期间MOSFET 的体内寄生反向二极管导通,标号A 和B 表示该端口彼此连接在一起,SP1、SP2和SP3分别接高端驱动电路中的自举电容。
图3所示开关电容变换器共有四个工作状态: 状态I, 开关1S 、2S 导通,其它开关管都关断,电源Vs 给电容1C 充电;状态II,开关3S 、4S 导通,其它开关管都关断,电容1C 向2C 放电,补充2C 的储能;状态III,开关5S 、6S 导通,其它开关管都关断,电容1C 向3C 放电,补充3C 的储能;状态IV,开关7S 、8S 导通,其它开关管都关断,电容1C 向4C 放电,补充4C 的储能。
四个工作状态的工作逻辑,即四组开关管的导通顺序如下图所示:图4. 四个工作状态的工作顺序4. 控制方法本文采用DIONICS 公司生产的光伏MOSFET 驱动芯片来驱动开关电容变换器中八个MOSFET 开关管,其驱动电路如下图所示:图5. 开关电容变换器中MOSFET 的驱动电路图5中脉冲为低电平时,红外发光二极管LED 导通,红外线光触发光电二极管阵列PV ,AB 端输出开路电压值为9.5V 到11.5V 的电压,该电压施加在MOSFET 开关管的栅极和源极之间,所以当脉冲信号为低电平时MOSFET 导通;同理,当脉冲信号为高电平时,MOSFET 关断。
脉冲信号由单片机产生,通过单片机I/O 口输出四组时序如图6所示的脉冲信号波形来控制四组开关管的通断,使开关电容变换器按上面分析的四个工作状态和时序进行工作。
S3 S4S1 S2S5 S6S7 S8图6. 四组开关管的控制信号波形5. 仿真和实验结果本文采用PSPICE 软件对主电路进行仿真,用PROTEUS 软件对单片机进行仿真。
仿真参数为:独立电压源Vs =18V,开关管i S 通态电阻on R =6Ω,电容4321C C C C ====10uF ,2,1S S 的开关周期为T=72us ,on T =24us ,开关管8,7,6,5,4,3S S S S S S 的周期为T=216us ,on T =24us 。
单片机I/O 口输出波形及电容上的电流和电压波形如下图所示。
图7. 单片机输出控制信号波形图8. 电容电流仿真波形图9. 电容电压仿真波形S5、S6与S7、S8的控制信号波形与图7中S3、S4的控制信号波形相同,仅导通时间不同,各自的导通顺序和图6中分析完全一样。
实验中单片机型号为AT Tiny26,通过编程输出四组控制信号,八个MOSFET 开关管都采用BS107A,光伏驱动芯片采用DIONICS 的DIG-11-8-30-DD,实验参数和仿真参数相同。
实验波形如下图所示:Time I(C1)I(C2)I(C3)I(C4) TimeV(C1:1)V(C2:1)V(C3:1)V(C4:1)TimeV(C1:1) - V(C1:2)V(C2:1) - V(C2:2)V(C3:1) - V(C3:2)V(C4:1) - V(C4:2)图10. 单片机I/O口输出控制信号波形图11.电容上的电压值 6. 结论分析了开关电容变换器在直流无刷电机驱动电路中的应用。
采用文中提出的理论和电路拓扑可以使自举电容在低频情况下也能很好的满足驱动要求,实现电路的稳定工作。
通过实验验证了理论的正确性和电路的可行性。
参考文献[1] 马瑞卿,刘伟国,“自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用”,电力电子技术,2000年第1期,2000.2,pp.31-33。
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[3] 刘健,陈治明,严百平,“开关电容DC-DC变换器的设计方法”,电子学报,vol.27, no.4,1999.4,pp.102-105。
[4] C.K.Tse, S.C.Wong, M.H.L.Chow, “On LosslessSwitched-Capacitor Power Converters”, IEEE Trans. OnPower Electron., vol.10, no.3, May.1995, pp.286-291。