无刷直流电机驱动电路设计
摘 要伴随着现代电力电子技术的不断发展还有永磁性能的持续提高，无刷直流电机在高性能的运动还有控制的领域中受到越来越多的关注。无刷直流电机的控制系统具有良好的运行、控制以及经济性能。无刷直流电机是利用电子换相替代机械换相和电刷，既具有交流电动机的结构简单、维护便捷、运行稳定等优点，又具备了直流电动机无励磁损耗、运行的效率高，优良的调速性能等特点。无刷直流电机是在有刷直流电机的基础之上逐渐形成的，在每个领域都日益普遍。如今，各种交流和直流电动机在传统应用中占主要地位，但无刷直流电动机在众多领域得到了广泛的运用。本设计中对PWM信号的产生和分配情况做出了分析，驱动电路部分：IR2130作为驱动芯片，MC33035作为核心，运用三段式的起动方式来起动电机。本文对无刷直流电机控制系统的应用还有发展作了相应的描述，并且还详细的介绍了无刷直流电机的基本结构、工作原理和运行特性。对无刷直流电机的双闭环控制系统的硬件设计作了论述。
目 录
第一章 概述 1
1.1无刷直流电机的发展现状 1
1.2无刷直流电机的前景 1
1.3无刷直流电机相比有刷直流电机的特点及应用 1
1.4本设计的主要工作 2
第二章 无刷直流电机的结构原理 3
2.1无刷直流电机的基本结构 3
2.1.1电动机本体 3
2.1.2转子位置检测器 3
2.1.3电子换相电路 5
2.2无刷直流电动机的PWM调速原理 5
2.3无刷直流电机的工作原理及结构 6
第三章 无刷直流电机的控制 8
3.1双闭环调速系统 8
3.2无位置传感器检测方法 8
3.2.1反电动势过零检测法 9
3.2.2续流二极管间接检测法 9
3.2.3反电动势三次谐波检测法 9
3.2.4反电动势积分法 10
3.3SPWM控制 10
3.4无刷直流电动机的起动方式 10
第四章 系统硬件设计 12
4.1逆变电路的设计 12
4.2MC33035在驱动电路中的运用 12
4.
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2.1MC33035引脚图及引脚功能表 12
4.2.2MC33035的组成和功能 14
4.2.3MC33035的工作过程 14
4.3无刷直流电动机的驱动电路的设计 15
4.3.1电机的驱动芯片 15
4.3.2驱动电路图 17
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
概述
1.1无刷直流电机的发展现状
几十年的高速开展，使得无刷直流电机在技能上已逐渐成熟，使用范畴几乎可掩盖一切电机驱动用处，在很多使用中已显示其优秀特征，并且可以起到其它类电机不能达到的用处。
起初，有刷直流电动机在运动控制领域得到了广泛的应用，普遍运用于工业和农业生产的众多领域。但是普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，造成了有刷直流电机可靠性差，需要经常维护；结构复杂；换相时产生电磁干扰，噪声大，并且有火花，严重影响了其调速精度和性能，限制了直流电动机在控制系统中的进一步应用。
20多年以来，无刷电机得到了长久的发展。
无刷直流电机在80年代初期进入了实用阶段。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因此方波直流电动机（BLDCM）的应用比较广泛。
1.2无刷直流电机的前景
现阶段无刷直流电机的开展目前在我国正处于快速发展期。自20世纪90年代，人们的生活水平不断提高和伴随着现代化的生产、办公自动化的发展；家用电器以及其它设备越来越趋于高效率化、高智能化、小型化。
我国内的家电行业，近年不时推出装备无刷直流电机的电器产物，大力宣传这些电器产物的优胜性和节能结果，标记着国内无刷直流电机需求逐渐升温。目前，无刷直流电机在国内研发和出产的种类、数目不多，首要用于军事国防设备。近年来在空调、冰箱、洗衣机、电动车、微型风机等使用的是输出功率不大的微型与特种直流无刷电机。机械、纺织、治金、轻工等行业所需的与小型交流异步电机功率品级对应的直流无刷电机基本上仍属空白。
1.3无刷直流电机相比有刷直流电机的特点及应用
无刷直流电机与有刷直流电机相比较：
换向：无刷直流电机借助转子位置传感器实现电子换向；有刷直流电机是由电刷和换向器进行机械换向。
维护：无刷直流电机由于没有点数和换向器，因此很少需要维护；有刷直流电机需要周期性维护。
寿命：无刷直流电机寿命比较长；而有刷直流电机的寿命比较短。
机械特性（速度/力矩）：无刷直流电机平（硬）在负载条件下能在所以速度上运行；有刷直流电机中等平（中等硬），在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小。
效率：无刷直流电机由于没有电刷压降，所以效率高；有刷直流电机效率中等。
转子惯量：无刷直流电机低，因为永磁体设置在转子上，改善了动态响应；有刷直流电机转子惯量高，限制了动态特性。
速度范围：无刷直流电机比较高，没有机械限制；有刷直流电机比较低，存在电刷给予的机械限制。
电气噪声：无刷直流电机低；有刷直流电机的电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰。
制作价格：无刷直流电机制造价格比较高；有刷直流电机低。
控制：无刷直流电机复杂价格贵；有刷直流电机相反，简单且价格不贵。
控制要求：无刷直流电机为了使电动机运转必须要有控制器，单同样的控制器可用于变速控制；有刷直流电机对于一个固定的速度而言，不需要控制器，有变速要求的时候才需要控制器。
相比较于有刷直流电机，无刷直流电机保留了其良好的调速特性并且省去了有刷直流电机的机械电刷和换向器。
无刷直流电动机因为其许多优点而得到了广泛的应用，尤其是在如航空航天、数控机床、机器人、电动汽车和家用电器等需要高控制精度、高可靠性的场合。
1.4本设计的主要工作
1.简单介绍无刷直流电动机的发展现状、前景、无刷直流电动机相比有刷直流电动机的特点及应用。
2.介绍了无刷直流电动机的基本结构及工作原理和PWM的调速原理。
3.设计了系统的硬件部分，介绍了无刷直流电动机的双闭环调速系统。讲解了SPWM控制的基本原理和无位置传感器的检测方法。
4.驱动电路：MC33035作为核心芯片，将IR2130 作为本设计的驱动芯片设计了主电路图。
无刷直流电机的结构原理
2.1无刷直流电机的基本结构
无刷直流电机是自控式变频的同步电动机，基本组成结构包括了电动机本体、转子位置检测器和电子换相电路三个部分。
图2.1 无刷直流电机基本结构图
目 录
第一章 概述 1
1.1无刷直流电机的发展现状 1
1.2无刷直流电机的前景 1
1.3无刷直流电机相比有刷直流电机的特点及应用 1
1.4本设计的主要工作 2
第二章 无刷直流电机的结构原理 3
2.1无刷直流电机的基本结构 3
2.1.1电动机本体 3
2.1.2转子位置检测器 3
2.1.3电子换相电路 5
2.2无刷直流电动机的PWM调速原理 5
2.3无刷直流电机的工作原理及结构 6
第三章 无刷直流电机的控制 8
3.1双闭环调速系统 8
3.2无位置传感器检测方法 8
3.2.1反电动势过零检测法 9
3.2.2续流二极管间接检测法 9
3.2.3反电动势三次谐波检测法 9
3.2.4反电动势积分法 10
3.3SPWM控制 10
3.4无刷直流电动机的起动方式 10
第四章 系统硬件设计 12
4.1逆变电路的设计 12
4.2MC33035在驱动电路中的运用 12
4.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.1MC33035引脚图及引脚功能表 12
4.2.2MC33035的组成和功能 14
4.2.3MC33035的工作过程 14
4.3无刷直流电动机的驱动电路的设计 15
4.3.1电机的驱动芯片 15
4.3.2驱动电路图 17
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
概述
1.1无刷直流电机的发展现状
几十年的高速开展，使得无刷直流电机在技能上已逐渐成熟，使用范畴几乎可掩盖一切电机驱动用处，在很多使用中已显示其优秀特征，并且可以起到其它类电机不能达到的用处。
起初，有刷直流电动机在运动控制领域得到了广泛的应用，普遍运用于工业和农业生产的众多领域。但是普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，造成了有刷直流电机可靠性差，需要经常维护；结构复杂；换相时产生电磁干扰，噪声大，并且有火花，严重影响了其调速精度和性能，限制了直流电动机在控制系统中的进一步应用。
20多年以来，无刷电机得到了长久的发展。
无刷直流电机在80年代初期进入了实用阶段。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因此方波直流电动机（BLDCM）的应用比较广泛。
1.2无刷直流电机的前景
现阶段无刷直流电机的开展目前在我国正处于快速发展期。自20世纪90年代，人们的生活水平不断提高和伴随着现代化的生产、办公自动化的发展；家用电器以及其它设备越来越趋于高效率化、高智能化、小型化。
我国内的家电行业，近年不时推出装备无刷直流电机的电器产物，大力宣传这些电器产物的优胜性和节能结果，标记着国内无刷直流电机需求逐渐升温。目前，无刷直流电机在国内研发和出产的种类、数目不多，首要用于军事国防设备。近年来在空调、冰箱、洗衣机、电动车、微型风机等使用的是输出功率不大的微型与特种直流无刷电机。机械、纺织、治金、轻工等行业所需的与小型交流异步电机功率品级对应的直流无刷电机基本上仍属空白。
1.3无刷直流电机相比有刷直流电机的特点及应用
无刷直流电机与有刷直流电机相比较：
换向：无刷直流电机借助转子位置传感器实现电子换向；有刷直流电机是由电刷和换向器进行机械换向。
维护：无刷直流电机由于没有点数和换向器，因此很少需要维护；有刷直流电机需要周期性维护。
寿命：无刷直流电机寿命比较长；而有刷直流电机的寿命比较短。
机械特性（速度/力矩）：无刷直流电机平（硬）在负载条件下能在所以速度上运行；有刷直流电机中等平（中等硬），在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小。
效率：无刷直流电机由于没有电刷压降，所以效率高；有刷直流电机效率中等。
转子惯量：无刷直流电机低，因为永磁体设置在转子上，改善了动态响应；有刷直流电机转子惯量高，限制了动态特性。
速度范围：无刷直流电机比较高，没有机械限制；有刷直流电机比较低，存在电刷给予的机械限制。
电气噪声：无刷直流电机低；有刷直流电机的电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰。
制作价格：无刷直流电机制造价格比较高；有刷直流电机低。
控制：无刷直流电机复杂价格贵；有刷直流电机相反，简单且价格不贵。
控制要求：无刷直流电机为了使电动机运转必须要有控制器，单同样的控制器可用于变速控制；有刷直流电机对于一个固定的速度而言，不需要控制器，有变速要求的时候才需要控制器。
相比较于有刷直流电机，无刷直流电机保留了其良好的调速特性并且省去了有刷直流电机的机械电刷和换向器。
无刷直流电动机因为其许多优点而得到了广泛的应用，尤其是在如航空航天、数控机床、机器人、电动汽车和家用电器等需要高控制精度、高可靠性的场合。
1.4本设计的主要工作
1.简单介绍无刷直流电动机的发展现状、前景、无刷直流电动机相比有刷直流电动机的特点及应用。
2.介绍了无刷直流电动机的基本结构及工作原理和PWM的调速原理。
3.设计了系统的硬件部分，介绍了无刷直流电动机的双闭环调速系统。讲解了SPWM控制的基本原理和无位置传感器的检测方法。
4.驱动电路：MC33035作为核心芯片，将IR2130 作为本设计的驱动芯片设计了主电路图。
无刷直流电机的结构原理
2.1无刷直流电机的基本结构
无刷直流电机是自控式变频的同步电动机，基本组成结构包括了电动机本体、转子位置检测器和电子换相电路三个部分。
图2.1 无刷直流电机基本结构图
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