基于DRV8432的直流力矩电机驱动器的设计



商悦传媒   2019-04-27 19:14

导读: ,工作电压可以达到50V,具有四种工作模式,并内置了包括欠压、过热、过载、短路保护在内的保护电路,具有...

  ,工作电压可以达到50V,具有四种工作模式,并内置了包括欠压、过热、过载、短路保护在内的保护电路,具有内阻小、效率高的特点[1],十分适合低压小功率

  DRV8432有四个PWM信号输入口,一路PWM信号就可控制一个半桥,且内置了门级控制与驱动电路;DRV8432的每个半桥可以独立控制,母线电压也可以不一样,这样就方便使用一片DRV8432来同时驱动不同电压需求的电机。DRV8432通过M1、M2、M3三个模式选择管脚来配置工作模式(如表1所示),通过OTW和FAULT来表征故障(如表2所示),通过OC_ADJ脚与“地”之间所接的电阻来设置过流阈值(如表3所示)。当复位信号有效时,DRV8432的驱动桥的输出为高阻状态。

  在设计中,我们将DRV8432配置成了并联H桥CBC(Cycle-by-Cycle)限流工作模式,M3M2M1=010,按照单极性方式进行使用。这样,它的连续工作电流可以达到14A,峰值工作电流可以达到24A[1]。

  在并行工作模式下,DRV8432内的A和B半桥形成一个并联半桥,由PWM_A控制,C和D半桥形成另一个并联半桥,由PWM_B控制,PWM_C和PWM_D接地;在CBC(Cycle-by-Cycle)限流方式下,当出现电流过流时,DRV8432会自动强行关断H桥上桥臂而打开下桥臂,使电机线圈和H桥两个下桥臂形成通路来消耗能量,待电流进入正常范围后再依照给定的PWM信号进行工作。

  如果按照图2选取滤波电容(C8、C9、C12、C13),经实验,在工作状态下用万用表测量OUT_AB端和OUT_CD端,几乎没有输出,无法驱动电机,且C8、C12、C19 、DRV8432均发热十分严重。

  参考文献[2]给出的参考设计中,为DRV8432的功率驱动输出口配置了电感和电容组成的低通滤波器,意在增强单个电感或者电容的滤波效果[3]。但按照图2的取值将这个滤波电路(如图3所示)单独拿出来进行仿线%的脉冲电压源,其结果如图4所示,滤波器输出是震荡的,与不能正常输出这一实际情况相符。

  去掉C8和C12后,用万用表量OUT_AB和OUT_CD,显示DRV8432可以输出与电压给定命令一致的电压,能够正常驱动电机,但是C19、DRV8432仍发热明显,用示波器测量OUT_AB/OUT_CD端对地的波形,如图5所示,从图中可以看出,波形震荡,失真严重。

  在去掉C8和C12的情况下长时间工作时,DRV8432还会偶发无输出的现象,此时进行测试,发现DRV8432的输入波形正常、电源正常、FAULT和OTW没有表征出错,但用万用表测量OUT_AB端和OUT_CD端发现没有输出,用万用表分别测量OUT_AB端和OUT_CD端对地电压时,发现两端对地电压相等,应该是DRV8432内部产生了保护。关于这个现象,文献[4]认为DRV8432在使用中要避免0%或100%占空比输入,两个PWM端都必须是脉冲输入时CBC模式才可以持续,否则H桥可能会出现一种假死状态,因此出现没有输出的现象。但我们没有对此进行验证和确认,而是继续去掉C9和C13,这时,用示波器测量出OUT_AB/OUT_CD端对地波形如图6所示,OUT_AB/OUT_CD端输出波形除有过冲外,波形是清晰的。此时,即使在长时间工作的情况下,C19和DRV8432均没有明显的温升。

  从实验的结果看,依照参考文献[2]来配置滤波电容,DRV84332不能正常工作,为此,我们在最终的设计中将DRV8432的功率输出口上的滤波电容全部去除了。

  在最初的设计中,图2中的R3,D3是没有的,但这时的启动电流很大,如图7所示,电流峰值可接近40A。这种开机浪涌,无论是对供电电源还是对驱动器上的元器件来说都是不利的,必须采取措施来加以抑制。

  抑制开机浪涌的常用方法有:在滤波电容处串入NTC热敏电阻、使用固定电阻器串入输入端来抑制启动电流、在固定电阻上并联电磁继电器或者三段双向可控硅等开关器件,当电源进入正常工作状态后再将此开关接通[5]。

  依照电路的实际情况,我们选用了第三种方法,在继电器输出触点上并联一个电阻(R3),为实现防反接功能,再增加一个与电阻串联的二极管(D3),如图2所示。在使用时,利用控制继电器触点延时接通,即先经电阻R3限流,对电源滤波电容C19充电一定时间后再接通触点。延迟时间按照理想电容和电流的定义进行估计(假定为恒流充电):由Q=C×U=I×t,可得t=(C×U)÷I=(C×U)÷(U÷R),则t=(1000×10-6F×24V)÷ (24V÷1200)=1.2秒,取延时为2秒,测得的启动电流曲线所示,启动电流峰值至少降低了90%。

  这款基于DRV8432的成功地应用于小型转台的驱动,经使用验证,DRV8432十分适合小功率直流力矩电机驱动。由于其体积很小,外围设计简单,因此,DRV8432也不失为研制一体化电机的可选方案。

  [3]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析.2版.[M]北京:电子工业出版社,2009:163-166

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