纯硬件电路是如何实现风机控制器的？

用分立器件搭建的输出12V的“高压Buck降压电源”作为风机控制器低压部分提供电源，输入为市电，输出功率50W，效率>90%，电机的母线电压是DC310V。该项目与“分立器件搭建的Buck降压电源”相比，增加了很多功能，还要实现H桥驱动电机电路，无疑该项目难度比“分立器件搭建的Buck降压电源”难度大。

在该项目中，本人担任设计工程师，主要负责风机控制器的硬件开发工作。

针对该项目的设计需求，本人在原有的“分立器件搭建的Buck降压电源”项目设计方案上进行了创新，创新点如下：

①设计一个高压AC220V输入的单相50W直流无刷电机纯硬件驱动器。电机有一路霍尔信号位置反馈，驱动器的输入是交流220V和电机的霍尔信号。霍尔信号反应转子的位置信息。驱动器输出就是H桥开关管按照霍尔信号的高低电平进行不同形式的开关组合，从而使电机定子产生不同的磁场来带动转子转动。电机按照这两种控制就可以产生不同方向的定子磁场，那么我们可以根据不同的霍尔信号进行不同的开关管控制，从而控制磁场，使电机转起来。

控制器的主要单元电路：

1）电源模块。

2）调速模块。

3）驱动模块。

4）H桥模块。

5）霍尔模块。

6）过流保护模块。

7）软启动模块。

②纯硬件电路实现驱动电机技术：Buck降压电源仅仅是驱动电感，控制功率电感充电和放电，使输出稳定的12V电压和最大2A的电流，就可以满足项目需求。为了能够达到H桥电机驱动电路，用单管MOSFET方案很难达到设计指标。本人在方案上采用了H桥四个桥臂的驱动方案，使用四个MOSFET实现驱动电机。常用的H桥控制电路缺点比较多，不能保证风机长时间、高温下运行。但是本人对H桥控制电路进行了创新，本项目采用的是另外一种H桥控制电路方式：驱动MOSFET电路增加了恒流源，电机霍尔传感器，上下桥臂死区控制方式等等。该方式的优点是：上下桥MOSFET不会直通串红，MOSFET的栅极米勒效应干扰大大减小，保证了电机平稳的运行。

③纯硬件电路实现的PWM控制电机技术：刚开始利用霍尔输出驱动电机启动，通过比较器设计的三角波转PWM,调控MOSFET栅极的占空比或频率来实现调速，实现霍尔输出和PWM共同调控电机，减小电机抖动，电机运行更平稳。

④高压小电流2层PCB layout技术：考虑到了风机控制器电输入电压大，对驱动管MOSFET驱动信号抗干扰性能要求较高，dV/dt斜率不能太大。在PCB设计中本人采用了2层板，进行PCB layout的设计。2层电路板分为高压部分和低压部分，由于器件比较多PCB layout器件密度大、布局比较难等特点。但是注意安规（电气间隙、爬电距离等等）、合理的布局、合理的PCB layout，最终还是解决这个难题。

本人在控制器的原理图设计、layout、器件选型等设计中，把上面的创新点运用到产品中，经过本人亲自理论计算、Multisim的仿真、调试、试验等追踪，控制器最终产满足了客户要求。本款控制器研发成功，攻克了公司多年来对高压大电流控制器的技术难题，为公司带来了好的声誉，关键技术指标，在业界也是处于领先地位。

责任编辑：lq6