直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

来源:网络整理 作者:2017年12月21日 13:49

随着电力电子技术以及新型永磁材料的发展,直流电机以其良好的线性特性以及优异的控制性能等特点,在多数变速运动控制和闭环伺服控制系统(如机器人、精密机床、汽车电子、家用电器以及工业过程等)领域中得到了广泛的应用。

目前,直流电机控制数字化已成为主流趋势,而高性能的电机控制算法多数是通过主控芯片实现的,随着高速度、多功能的数字信号处理器(DSP)的出现,使得更复杂的电机控制策略得以实现。本文以TMS320F28335为主控芯片、IRF530为驱动芯片、IR2110为驱动控制芯片对直流电机进行了H桥驱动控制设计,该控制达到了很好的效果,具有较高使用价值。

1、直流电机驱动原理

直流电机的驱动方式很多,现成的驱动芯片有33886、L298N以及TB6539等,这些芯片都是基于H桥原理进行控制的。如果设计一些大功率的驱动,只能用分立元件自行搭接H桥驱动。H桥驱动电路能方便地实现电机的4象限运行,其原理拓扑结构如图1所示。组成H桥驱动电路的4只开关管工作在开关状态,K1、K4为一组,K2、K3为一组,两组开关管工作状态互补。当K1、K4导通且K2、K3截止时,电机两端加正向电压实现电机的正转;当K2、K3导通且K1、K4截止时,电机两端加反向电压实现电机的反转。实际控制中,电机可以在4个象限之间切换运行。电路中的4个二极管D1~D4为续流二极管,用来保护开关元件。

直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

2、硬件电路设计

硬件电路设计的整体思路是:用PWM波控制图1中开关K1、K4以及K2、K3通断的方式来控制电机的正反转,通过改变PWM波的占空比使电机得到不同的电压,从而控制电机的速度。

2.1、开关元件的选择

开关元件可选择双极型晶体管或场效应管,由于功率场效应管是电压控制型元件,具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿等特点,能满足高速开关动作的需求。本文设计中4个开关均选用IR公司的N沟道增强型功率MOSFET管IRF530,其漏极电流为14A,并可以承受49A的单脉冲电流,最大电压100V,其导通电阻不大于0.16Ω,满足驱动要求。

2.2、MOSFET栅极驱动器件的选择

IR公司提供了多种桥式驱动集成电路芯片,典型产品为IR2110。该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块,由于芯片中采用了高度集成的电平转换技术,大大简化了功率器件对逻辑电路的控制要求,同时提高了驱动电路的可靠性。尤其是上管采用外部自举电容上电,使得驱动电源数目较其他IC驱动大大减少。本次设计采用IR公司的IR2110作为驱动芯片。

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