基于STM32的大扭矩永磁同步電機驅動系統

　　2. 1. 2 檢測模塊

　　檢測模塊主要包括電流檢測電路和位置檢測電路。其中電流檢測采用萊姆電流型霍爾傳感器

　　LT308-S7,其具有抗干擾能力強、靈敏度高、線性度好、溫漂小等優點。為了減小在電流較弱時的檢測誤差，本文設計了如圖3 所示的增益可調的電流檢測電路，傳感器輸出的電流信號經過精密電阻采樣后轉換為電壓信號Vi,經過電壓跟隨電路、三級放大電路和肖特基二極管鉗位電路，輸出電壓Vo（ Vo= 3nVi /20 + 1. 5,n 為放大倍數） 到STM32 的A/D 模塊進行處理。其中開關芯片DG403 由STM32 控制，用于調整電流檢測電路增益，小電流選擇大增益，大電流反之。由于大扭矩電機額定電流可達232 A,若檢測電路增益不可調，則當電流較弱時檢測電路的放大增益相對較小，電流的檢測精度會降低，而采用增益可調的檢測電路可以在電流較弱時提高增益，從而減小檢測誤差，提高電流檢測的分辨率。

　　表1 為DG403 控制信號與電流檢測電路增益放大倍數的對應關系。

表1 DG403 控制信號與增益放大倍數對應表

　　考慮港口機械存在較強振動和沖擊[6],本文利用旋轉變壓器YS 210XFDW9574A 進行位置檢測。其解碼電路如圖4 所示，采用AD2S99 芯片為旋轉變壓器提供激勵信號，AD2S90 芯片作為旋轉變壓器/數字轉換器（ RDC） .AD2S90 以同步串行方式（ SPI） 與控制芯片STM32 之間進行通訊，AD2S99 的勵磁信號源的頻率可以通過SEL1、SEL2、FBIAS 引腳進行設置，此處激磁頻率設為10 KHz,通過AD2S99 內部處理后產生的輸出信號SYNREF 與AD2S90 的REF 腳相連，可以補償旋轉變壓器一次側到二次側的相位偏差，保證它的轉換精度。

圖3 電流檢測電路

圖4 旋轉變壓器解碼電路

　　圖5 所示為旋轉變壓器激勵調理電路，旋轉變壓器激勵信號由AD2S99 提供，激勵調理電路對激勵信號進行放大、濾波，激勵調理電路的外部電源采用± 15 V 雙電源供電，保證電路靜態工作點調零； Ci1為耦合電容，隔直通交； Cf1為補償相位用；NPN 和PNP 三極管構成推挽電路，用以消除交越失真。

　　圖5 旋轉變壓器激勵調理電路

　　2. 1. 3 主電路

　　主電路的整流電路采用了DD600N12 整流模塊； 軟啟動電路采用CM600HU-24F 型號IGBT 功率開關取代繼電器以提高系統可靠性，當電容器組充電到母線額定電壓的80% 時，將IGBT 接入電路； 濾波電路選擇16 個6800 μF 電解電容； 制動電路選擇CM400HU-24F 型號IGBT 作為開關元件。考慮大電流功率器件的干擾、散熱及經濟性等因素，選擇6 個獨立單元的IPM 模塊PM800HSA120的逆變電路方案。PM800HSA120 內部集成有驅動和保護電路，具有過壓、欠壓和溫度保護功能，額定電流800 A,反偏電壓1200 V,工作頻率可達20 kHz.為了進一步提高IPM 的抗干擾性和可靠性，本文對其驅動電路和保護電路進行了加強設計和一些額外處理。如圖6 所示，對IPM 的驅動信號進行了差分處理，將控制芯片STM32 發出的六路驅動信號利用差分驅動芯片變為12 路信號，再在IPM 驅動板上利用差分接收芯片還原為6 路驅動信號，然后經過高速光耦的隔離驅動再送給IPM,如圖7 所示，以抑制共模干擾信號，增強了IPM 驅動信號的抗干擾性。圖7（ a） 所示為W 相的隔離驅動電路； 三相上橋臂采用隔離電源供電，三相下橋臂由一路15 V 供電，圖7 （ b） 所示為W 相上橋臂隔離電源電路。

　　IPM 的故障信號處理電路如圖8 所示，出錯信號先經過光耦隔離、濾波，然后經過反相施密特觸發器，一方面將電壓信號反向，另一方面對出錯信號進行波形整形，對干擾信號有一定的抑制作用。最后再將處理過的IPM 出錯信號輸入控制芯片STM32 做出相應處理。