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DC无刷电机的工作原理
??无刷直流主要由电机本身、霍尔位置传感器、电子换相电路三部分组成。A，B，C 三个Y 类型连接的电感是电机的简单等效模型，6个功率MOS管Q1~Q六组成功率逆变器。 
??位置传感器作为转子位置检测装置，是无刷直流电机系统的重要组成部分之一。电机每周转动一次，位置传感器将按顺序输出相应的6个代码。接收位置信息后，控制芯片通过内部程序进行开关PWM信号连续换相，使定子各相绕组电流按一定顺序导通，使电机旋转。
霍尔传感器工作原理
??如图所示，三个不同位置的圆柱形表示三个安装位置相差120°霍尔传感器，霍尔信号线传输电机磁钢相对于线圈的位置，根据三个霍尔信号控制器可以知道如何给电机线圈电源（不同的霍尔信号，应给电机线圈相应的电流方向），即霍尔状态不同，线圈电流方向不同。
??霍尔信号传输给控制器。控制器通过粗线（非霍尔线）向电机线圈供电。电机旋转，磁钢和线圈旋转（准确地说，线圈缠绕在定子上。事实上，霍尔通常安装在定子上）。霍尔感应到一个新的位置信号。控制器粗线重新改变电机线圈的电流方向，电机继续旋转（当线圈和磁钢位置发生变化时，线圈必须相应地改变电流方向，这样，电机就可以继续向一个方向移动，否则电机就会在某个位置左右摆动，而不是连续旋转)，这就是电子变相。
IR2136 驱动芯片
??IR2136 是IR公司专门推出IGBT 和MOSFET 驱 移动集成芯片具有欠压保护和过流保护功能，可靠性和集成度高，可大大简化硬件电路的设计。 ??VCC引脚是电源输入端，可以为低侧和内部逻辑电路提供电源。HIN通过施密特触发器、电平转换、滤波、放大等通道，将引脚输入高侧门极驱动逻辑，低电平有效，最终驱动上桥臂MOS管。LIN引脚输入低侧门极驱动逻辑，驱动下桥臂MOS管。HO，LO对应高低侧门极驱动输出。VB为高压侧基极浮动电压输出端。VS为高压侧浮动射极输出端。ITRIP 是过流检测引脚，FAULT是故障输出引脚。
无刷直流电机驱动电路的设计
??整个电路设计主要包括光耦隔离电路、三相逆变驱动电路和过流检测电路。
光耦合隔离电路
??IR2136 输入信号来自微处理器，是控制系统中的弱电部分；功率驱动模块的外部电机是电机控制中的强电部分。为保证微处理器电路的安全，必须使用隔离电路将微处理器电路与大电流功率驱动电路隔离。若IR2136前端没有隔离电路。当电路中的开关设备损坏时，将直接增加高压IR2136上，导致IR2136前级电路击穿，控制芯片烧毁。光耦主要用于隔离电路的功能。考虑PWM选择高速光耦合频率HCPL?0631进行隔离。如图所示。 ??PWM信号通过反相器提高输入的低信号，并将其送到光耦合器中。为防止光耦合电流过大，增加限流电阻R64，取值390 Ω。光耦电路供电电源隔离5 V 电源由电源模块供电。强电信号和弱电信号通过隔离电路成功隔离，提高了电路的抗干扰能力。
三相逆变驱动电路
??驱动电路由驱动芯片驱动IR2136 和6 路MOS管道组成。如图所示，功率场效应管因其开关速度快、工作频率高、无二次击穿等明显优点，广泛应用于中小型功率开关电路中。 ??MOS 高速电子开关用于管理，高侧用于管理MOS 管Q1，Q3，Q5漏极高压，源极负荷，以确保高侧MOS管饱和导通，栅极驱动电压必须浮在源极电压上。此时，需要在外部增加一个自举电路IR2136 的VB和VS两端供电，驱动功率管栅极导通。一般MOS管道的导电电压为10~15 V，这里选择15 V 供电电源。低侧MOS管因源极接地，驱动方法简单，驱动芯片15 V电源直接驱动栅极。
选择自举电容器
??自举电路的工作原理:逆变驱动电路中，每对上下管道交替导通Q1，Q以3管为例，当上管Q1关断，下管Q2导通时，VS1 引脚电位为Q2管饱和压降基本为低电位 V自举二极管电源D27给自举电容C84 充电。当下管Q2 关闭，上管Q1 导通时，自举电容放电，给上功率管Q1提供饱和导通的电压。电路设计的关键路设计的关键。上管导通时自举电容必须在短时间内提供足够的电荷，太小不能满足驱动要求，太大会影响驱动性能MOS综合考虑管道的工作频率和门极特性。本次设计MOS管道工作频率为16 kHz，结合MOS管道的工作特点，自举电容C84，C86，C87取10 μF。
选择自举二极管
??自举二极管是自举电路的核心元件，其反向电压应大于MOS 管母线上的高压和额定电流是开关管开关频率和自举电容提供的栅极电荷的积累。由于MOS管道工作频率高，充放电时间短，自举电容对电源的电荷反馈会造成电荷损失，因此应选择反向泄漏电流小、恢复时间快的二极管。这里选择超快恢复二极管SFR104S，D27，D29，D反向恢复时间小于120 ns，最大承受400 V反向峰值电压。
电源管保护电阻设计
??在MOS在管道频繁关闭过程中，如果栅极与源极之间的阻抗过高，泄漏电源之间的电压会通过极间电容耦合到栅极，导致栅极之间产生相当高的峰值电压，直接击穿电源管氧化层MOS管道造成永久损坏。为保护MOS 管道安全工作，可选择并接一个电阻和齐纳二极管。以Q1 例如，栅极和源极并联100 Ω的电阻R然后并联183 V的齐纳二极管D24。由于电路中的各种寄生电容和电感，不仅会增加冲击现象MOS管道的功率损失，也可能导致上下桥臂直通，烧坏功率管。在栅极前端添加缓冲电阻可以有效调节MOS管开关速度也可防止上下桥臂直通。一般需要在开关时间和驱动效果之间妥协选择。仍以Q1 例如，在栅极前端添加电阻R78，取值100 Ω，而且采用了二极管D23 与等值电阻R75并联，上电时二极管不工作，放电时二极管导通，电阻降低，迅速关闭MOS管道的作用(慢开快关)。
保护电路设计
??驱动电路的正常运行离不开保护电路。通过电路保护，逆变驱动电路的可靠性可以大大提高。之前介绍过IR2136 过流保护引脚ITRIP 与故障输出引脚FAULT，三相逆变电路的过流保护电路护电路。过流检测电路如图所示。 ??该电路主要由采样电阻组成R311和电压比较器U182 组成，R311 上端接低侧MOS 管道漏极，取值22 mΩ，将电流信号转流信号转换为电压信号。当逆变驱动电路中的电流超过阈值时，电压U1>U2。电压比较器输出高电平ITRIP引脚，IR2136将切断门极驱动输出信号，并通过FAULT 引脚向主控芯片发送过流信号。
总结
??本文设计了低电平有效的驱动控制开关逻辑。采用双极同步变频互补开关的调制方法，导向相下桥臂常开，另一对功率管互补导向。这种调制方法可以有效减少非变相和变相期间的电磁扭矩脉动。
参考文献
[1] 张兴华，陈华斌 .基于IR2136 与MOSFET 无刷直流电机驱动电路设计[J].2019年42(4)现代电子技术.