本文引用自作者：王鐘嶸 郭宏宇 麥 文

文章摘要

電子調(diào)速器是將直流電轉(zhuǎn)化成交流電驅(qū)動無刷電機(jī)的一種電子裝置，簡稱電調(diào)。它具有調(diào)速和功率驅(qū)動兩種基本功能。通常電調(diào)有3組功率場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)構(gòu)成橋型驅(qū)動電路。由于電路中總是存在傳輸線路的差異、分布電容差異、器件延時差異等不確定因素影響，常常使得橋臂上下兩只MOSFET管的導(dǎo)通或截至?xí)r間不同步。極易出現(xiàn)同一個橋臂中上下兩只MOSFET出現(xiàn)短暫同時導(dǎo)通的情況，從而出現(xiàn)短時大電流脈沖。這個問題降低了電源效率，也容易使驅(qū)動管發(fā)熱損毀。

本文通過使用任意波函數(shù)發(fā)生器AFG對電子調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動和測試，在精準(zhǔn)測量出各路橋臂時延特性后，經(jīng)過驅(qū)動軟件優(yōu)化讓電路達(dá)到了最佳控制效果。泰克AFG31000任意波函數(shù)發(fā)生器可產(chǎn)生任意脈沖波，具有雙通道輸出和極高的相位控制能力，對精準(zhǔn)測量起到了非常關(guān)鍵的作用，也為本文實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動器起到了重要作用。

一、引言

常見多旋翼無人機(jī)通常使用電子調(diào)速器作為電機(jī)的驅(qū)動部件，是一種比較常見的電機(jī)驅(qū)動裝置。電子調(diào)速器的主要通過PWM脈沖來實(shí)現(xiàn)三相激勵電流。典型的BLDC驅(qū)動如圖1.1所示。Q1-Q6是6個MOSFET組成的直流轉(zhuǎn)交流的逆變電橋，每只管子在驅(qū)動信號激勵下，有序開通和關(guān)閉，形成交流驅(qū)動源。

圖1.1 三相逆變橋結(jié)構(gòu)圖

但是，由于實(shí)際電路總是存在一些未知影響因素。例如，驅(qū)動管輸入電容不一致、控制信號線長度不一致、驅(qū)動管開啟與關(guān)斷時延不一致等。使得一組橋臂的兩個MOSFET管的導(dǎo)通或截至的時間不同步，極易出現(xiàn)同一個橋臂的兩個管子同時導(dǎo)通的情況。當(dāng)上下兩個MOSFET管同時導(dǎo)通時，盡管時間非常短暫也會形成極大的短路脈沖電流，導(dǎo)致電源效率下降，驅(qū)動管子發(fā)熱等現(xiàn)象，甚至損毀驅(qū)動管。

本文通過任意波函數(shù)發(fā)生器AFG對無刷電子調(diào)速驅(qū)動電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試解決驅(qū)動不一致問題。在精確測量出驅(qū)動信號經(jīng)過每組MOS管所產(chǎn)生的時延后，根據(jù)所測的時延差數(shù)據(jù)，通過軟件進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最后使驅(qū)動電橋到達(dá)最優(yōu)工作狀態(tài)。

二、電調(diào)硬件設(shè)計(jì)

如圖2.1所示，該部分為電子調(diào)速器A相輸出，驅(qū)動器使用了集成電路。圖2.2是完整實(shí)驗(yàn)板PCB，可以發(fā)現(xiàn)制作PCB板的時候由于走線原因，A相驅(qū)動線是兩根不等長的線，A_H線較長，A_L線較短。

圖2.1 電子調(diào)速器A相驅(qū)動電路原理

圖2.2 電子調(diào)速器PCB

三、實(shí)驗(yàn)測試與軟件優(yōu)化

泰克AFG31000任意波函數(shù)發(fā)生器可以輸出雙路驅(qū)動信號，每個通道獨(dú)立可調(diào)整，將雙路輸出調(diào)整為可以激勵雙輸入模式，通過示波器觀察將激勵信號的在電路板上的驅(qū)動點(diǎn)位置將邊沿對齊。

圖3.1 雙通路高速示波器測試A_L端信號激勵點(diǎn)到電機(jī)接口時延

圖3.1中可以觀察到A_L端信號通過線路及驅(qū)動器件后產(chǎn)生的時延。信號在下降沿部分產(chǎn)生了彎曲變化，這可能是線路上分布電容引起的。對所有驅(qū)動端分別激勵并測量出每個通道的時延。表1給出了各個通道測量結(jié)果，可以看到B相和C相近似相等，A相最差。從PCB電路上可以發(fā)現(xiàn)A相兩路信號對稱性最差，B相和C相接近一致。A相有約2us的時延差別。

表1 各信號通路延時值測量