电子产品世界

　　2. 1. 2 检测模块

　　检测模块主要包括电流检测电路和位置检测电路。其中电流检测采用莱姆电流型霍尔传感器

　　LT308-S7,其具有抗干扰能力强、灵敏度高、线性度好、温漂小等优点。为了减小在电流较弱时的检测误差，本文设计了如图3 所示的增益可调的电流检测电路，传感器输出的电流信号经过精密电阻采样后转换为电压信号Vi,经过电压跟随电路、三级放大电路和肖特基二极管钳位电路，输出电压Vo（ Vo= 3nVi /20 + 1. 5,n 为放大倍数） 到STM32 的A/D 模块进行处理。其中开关芯片DG403 由STM32 控制，用于调整电流检测电路增益，小电流选择大增益，大电流反之。由于大扭矩电机额定电流可达232 A,若检测电路增益不可调，则当电流较弱时检测电路的放大增益相对较小，电流的检测精度会降低，而采用增益可调的检测电路可以在电流较弱时提高增益，从而减小检测误差，提高电流检测的分辨率。

　　表1 为DG403 控制信号与电流检测电路增益放大倍数的对应关系。

表1 DG403 控制信号与增益放大倍数对应表

　　考虑港口机械存在较强振动和冲击[6],本文利用旋转变压器YS 210XFDW9574A 进行位置检测。其解码电路如图4 所示，采用AD2S99 芯片为旋转变压器提供激励信号，AD2S90 芯片作为旋转变压器/数字转换器（ RDC） .AD2S90 以同步串行方式（ SPI） 与控制芯片STM32 之间进行通讯，AD2S99 的励磁信号源的频率可以通过SEL1、SEL2、FBIAS 引脚进行设置，此处激磁频率设为10 KHz,通过AD2S99 内部处理后产生的输出信号SYNREF 与AD2S90 的REF 脚相连，可以补偿旋转变压器一次侧到二次侧的相位偏差，保证它的转换精度。

图3 电流检测电路

图4 旋转变压器解码电路

　　图5 所示为旋转变压器激励调理电路，旋转变压器激励信号由AD2S99 提供，激励调理电路对激励信号进行放大、滤波，激励调理电路的外部电源采用± 15 V 双电源供电，保证电路静态工作点调零； Ci1为耦合电容，隔直通交； Cf1为补偿相位用；NPN 和PNP 三极管构成推挽电路，用以消除交越失真。

　　图5 旋转变压器激励调理电路

　　2. 1. 3 主电路

　　主电路的整流电路采用了DD600N12 整流模块； 软启动电路采用CM600HU-24F 型号IGBT 功率开关取代继电器以提高系统可靠性，当电容器组充电到母线额定电压的80% 时，将IGBT 接入电路； 滤波电路选择16 个6800 μF 电解电容； 制动电路选择CM400HU-24F 型号IGBT 作为开关元件。考虑大电流功率器件的干扰、散热及经济性等因素，选择6 个独立单元的IPM 模块PM800HSA120的逆变电路方案。PM800HSA120 内部集成有驱动和保护电路，具有过压、欠压和温度保护功能，额定电流800 A,反偏电压1200 V,工作频率可达20 kHz.为了进一步提高IPM 的抗干扰性和可靠性，本文对其驱动电路和保护电路进行了加强设计和一些额外处理。如图6 所示，对IPM 的驱动信号进行了差分处理，将控制芯片STM32 发出的六路驱动信号利用差分驱动芯片变为12 路信号，再在IPM 驱动板上利用差分接收芯片还原为6 路驱动信号，然后经过高速光耦的隔离驱动再送给IPM,如图7 所示，以抑制共模干扰信号，增强了IPM 驱动信号的抗干扰性。图7（ a） 所示为W 相的隔离驱动电路； 三相上桥臂采用隔离电源供电，三相下桥臂由一路15 V 供电，图7 （ b） 所示为W 相上桥臂隔离电源电路。

　　IPM 的故障信号处理电路如图8 所示，出错信号先经过光耦隔离、滤波，然后经过反相施密特触发器，一方面将电压信号反向，另一方面对出错信号进行波形整形，对干扰信号有一定的抑制作用。最后再将处理过的IPM 出错信号输入控制芯片STM32 做出相应处理。

关键词： STM32 大扭矩 永磁同步电机 驱动系统 PMSM