直流無(wú)刷電機(jī)硬件設(shè)計(jì)文檔

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1、硬件電路設(shè)計(jì)說(shuō)明書V1文檔版本1.0編寫人：彭威編寫時(shí)間：2015-06-10部門：研發(fā)部審核人：審核時(shí)間：1.引言1.1編寫目的本文檔是無(wú)刷直流電機(jī)風(fēng)機(jī)盤管電源電路及控制驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明文檔，它詳細(xì)描述了整個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)原理，其主要目的是為無(wú)刷直流電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路的原理圖設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并作為PCB設(shè)計(jì)、軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和上層應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的參考和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。1.2產(chǎn)品背景1.3參考資料Datasheet：KinetisKE02Datasheet：MKE02Z16VLC2Datasheet：MKE02Z64M20SF0RMDa

2、tasheet：FSB50760SFTDatasheet：TNY266Datasheet：FAN75271.硬件電路概述2.1電源部分電源部分主要功能是提供400V直流電供給電機(jī)，另外提供15V直流電給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電。采用反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)。2.1.1總體方案設(shè)計(jì)一款100W驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源。給定電源具體參數(shù)如下：（1）輸入電壓：AC85V~265V（2）輸入頻率：50Hz（3）工作溫度：-20℃~+70℃（4）輸出電壓/電流：400V/0.25A（5）轉(zhuǎn)換效率：≧85%（6）功率因數(shù)：≧90%（7）輸出電壓精度：±5%系統(tǒng)整體

3、框架如下如圖所示為電源的整體架構(gòu)框圖，主要目的是在輸入的85~265V、50Hz交流電下，輸出穩(wěn)定的恒壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電。由圖可知，電源電路主要包括了前級(jí)保護(hù)電路模塊、差模共模濾波模塊、整流模塊、功率因數(shù)校正模塊、DC/DC模塊。其中EMI濾波電路能夠抑制自身和電源線產(chǎn)生的電磁污染，功率因數(shù)校正電路采用Boost有源功率因數(shù)校正，用電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)閉環(huán)進(jìn)行控制。DC/DC模塊采用光電耦合將原邊和副邊進(jìn)行反饋，控制了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，保持電壓穩(wěn)定在15V。2.1.2系統(tǒng)接口接口描述對(duì)應(yīng)原理圖接口形式電源輸出接口輸出400v，1

4、5v以及調(diào)速電壓P22.2控制驅(qū)動(dòng)電路控制驅(qū)動(dòng)電路主要用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使直流無(wú)刷電機(jī)按照設(shè)定速度平穩(wěn)安靜運(yùn)行?？刂品桨覆捎瞄_(kāi)環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)方式采用方波驅(qū)動(dòng)。2.2.1控制系統(tǒng)整體框架如下：控制電路模塊控制芯片采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的32位微控制器MKE02Z16VLC2，該芯片基于ARM結(jié)構(gòu)體系的Cortex?-M0+內(nèi)核，其中的FlexTimer/PWM（FTM）模塊為電機(jī)控制提供了很方便的接口，方便控制輸出pwm控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂品桨覆捎糜袀鞲衅鏖_(kāi)環(huán)控制，傳感器采用霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)電路芯片采用FSB50760S

5、FT，該芯片將MOSFET集成在芯片內(nèi)，減少了控制電路的大小，同時(shí)，芯片內(nèi)部還集成了溫度傳感器，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，控制芯片將停止輸出PWM信號(hào)，電機(jī)將自動(dòng)停機(jī)?？刂乞?qū)動(dòng)板上留有5個(gè)接口，分別是VM,GND,VCC,VSP,FG，其中VM是310V輸入接口，VCC為15V輸入接口，VSP為調(diào)速接口，根據(jù)VSP輸入電壓大小來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，F(xiàn)G為電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出接口。2.2.2系統(tǒng)接口電路接口描述對(duì)應(yīng)原理圖接口形式UART串口通信J12.54mm間距插針SWD程序下載調(diào)試J22.54mm間距插針Power電源接口PIN62.54mm間距插針

6、3．硬件系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1電源部分PFC電路詳細(xì)設(shè)計(jì)電源電路總體電路圖見(jiàn)附件1。分析各電路模塊，進(jìn)行具體設(shè)計(jì)并分析其工作原理，具體電路包括輸入端保護(hù)電路、EMI濾波電路、AC/DC整流橋、BoostPFC電路、高頻變壓器的設(shè)計(jì)、反饋控制電路模塊、恒壓輸出電路等，并設(shè)計(jì)元器件參數(shù)和型號(hào)選擇。3.1.1輸入保護(hù)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)輸入保護(hù)模塊如圖4.1所示，主要有過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)。圖中F1為熔絲管，熔絲管熔點(diǎn)低，電阻率高，熔斷速度快，成本低廉，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生短路，電流要是超過(guò)了熔斷電流，熔絲管將會(huì)熔斷。起到過(guò)電流保護(hù)的作用，選用3A/2

7、50V。圖中VTR為壓敏電阻，壓敏電阻值隨端電壓而變化，對(duì)過(guò)電壓脈沖響應(yīng)快，耐沖擊電流能力強(qiáng)，漏電小，溫度系數(shù)低，吸收浪涌電壓，防雷擊保護(hù)，起到過(guò)電壓保護(hù)的作用，選用14D471K。圖中NTC是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，熱敏電阻器電阻值隨溫度升高而降低，電阻溫度系數(shù)一般為-(1-6)%/℃，采用熱敏電阻，瞬間限流效果好，由于電源的啟動(dòng)并運(yùn)行，電阻發(fā)熱量較大，熱敏電阻器的阻值能夠迅速減小，功耗能夠降低。其主要作用是防止通電瞬間出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象，選用T5D-11。3.1.2EMI濾波器設(shè)計(jì)一般抑制電磁干擾主要為差模和共模干擾。差模干擾產(chǎn)生

8、于兩條電源線之間，信號(hào)相對(duì)參考點(diǎn)大小相等，方向相反；共模干擾產(chǎn)生于電源線和大地之間，信號(hào)相對(duì)參考點(diǎn)大小、方向都相同。由于兩種干擾是同時(shí)存在的，并且共模比差模更容易引起電磁干擾，所以在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)EMI濾波器主要還是抑制共模干擾信號(hào)。電路中包括共模電感、電容C1、C2為Y電容,