基于IPM的三相无刷直流电机控制系统的设计

IPM用的隔离光耦要求上升沿延时tPLH0．8μs，下降沿延时tPLH tPHL0．8 μ s，共模抑制比CMR>10kV／μs，因此选用HCPL4504型高速光耦，且为了提高光耦的转换速度，在光耦输入端接1只0．1 μ F的退耦电容。
3．1．1 一路上桥臂驱动电路
以图2中其中一路上桥臂为例来说明驱动电路工作原理，其中VUPI为电源+15V， VUPC为电源地，UP为驱动控制信号的输入端。由DSP输出的一路上桥臂PWM信号和VCC分别接高速光藕HCPL4504的3、2管脚，当PWM信号为低电平时，HCPL4504的5、6将会导通，从而使控制信号输入IPM模块UP端，控制相应桥臂的IGBT导通。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压15V电源，且接1只10 μ F的退耦电容器以滤去共模噪声。R15根据HCPL4504光耦输入电流要求(25mA)选取为200 Ω。R16根据IPM驱动电流选取，且尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声，另一方面又要足够可靠地控制IPM，本系统选为4．7k Ω。C9为2号端与地间的0．1 μF滤波电容(上桥臂其它两路连接电路与其类似)。
一般IPM需用四路独立电源来防止内部上下桥路发生直通短路，其中上桥臂每个IGBT需要一个单独的隔离电源供电，共需3组；而下桥臂3个IGBT共用l组隔离电源供电。
3．1．2 三路下桥臂驱动电路
图2中IPM模块的三路下桥臂可由一路公共电源统一供电，VNI与VNC分别接电源的+15V与地。由DSP产生的三路PWM2、PWM4、PWM6信号输入IPM的UN，VN，WN端，分别控制其下桥臂对应的IGBT开关管的通断。
3．2 IPM缓冲电路设计
由于IPM在高频开关过程和功率回路寄生电感等叠加产生的di／dt，dv／dt和瞬时功耗，给器件以较大的冲击，易损坏器件。设置缓冲电路(即吸收电路)就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。

图3为常用的大功率IPM缓冲电路。R，C，VD值的选取原则为：一般电阻电容值按经验数据选取，如PM200DSA060电容值为0．47～2 μ F，耐压值是IGBT的1．1～1．5倍，电阻值10～20Ω，电阻功率为
式中：f为IGBT工作频率；U为IGBT工作峰值电压；C为缓冲电路与电阻串联的电容。但RC时间常数应设计为开关周期的1／3，即τ=T/3＝1／(3f)。二极管选用快恢复二极管。为保证缓冲电路的可靠性，可以根据功率大小选择已封装好的如图3所示的专用缓冲电路。
3．3 IPM的保护电路
在以DSP芯片为核心的控制系统中，利用DSP事件管理器中功率驱动保护引脚(PDPINT)中断实现对IPM的保护。通常1个事件管理器产生的多路PWM可控制多个IPM工作，其中每个开关管均可输出FO信号。图4为IPM模块故障信号输出原理图。三路上桥臂的故障信号和一路下桥臂的故障信号经过一个7407的OC门之后再经过一个上拉电阻就可直接输入DSP的PDPINT引脚。正常工作时，所有的FO信号均为高电平，从而PDDPINT也为高电平，一旦任何一路桥臂有故障发生，则PDPINT变为低电平，从而触发DSP的电源保护中断，使其所有的PWM输出引脚均呈高阻状态，起到对IPM模块的保护作用。

4 检测模块的设计
4．1 位置检测和速度计算
位置检测不但用于换相，而且还用于产生速度控制量。本系统的位置信号是通过3个霍尔传感器得到，每个霍尔传感器都会产生180°脉宽的输出信号。3个霍尔传感器的输出信号互差120°相位差。这样在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻。将DSP设置为双沿触发捕捉中断功能，就能获得这6个时刻，再通过DSP的捕捉口检测电平状态，就可以判断是哪个霍尔传感器的什么沿触发的捕捉中断，确定了换相信息，就可以实现正确换相。位置信号还可以用于产生速度控制量，每个机械转有6次换相，测得两次换相的时间间隔，就可以计算出两次换相间隔间的平均角速度。