摘要：為了解決客車、城市公交車在實際使用中發(fā)動機不同溫度狀況下的散熱問題，有效地保證發(fā)動機的正常使用溫度，車載電子風扇是最佳選擇。指出了電子風扇專用無刷直流電機控制電路的一些注意事項，結合具體實驗，優(yōu)化電路中元器件的參數(shù)，很好地保證電機穩(wěn)定正常運行。
關鍵詞：電子風扇；無刷直流電機；電機控制；元器件參數(shù)

0 引言
    電子風扇是一款針對汽車發(fā)動機散熱而設計的全自動分階控制產品，適用于各種型號的客車、城市公交車的發(fā)動機散熱系統(tǒng)。本產品很好地解決了客車、城市公交車在實際使用中發(fā)動機不同溫度狀況下的散熱問題，有效地保證發(fā)動機的正常使用溫度控制，有效防止車輛在運行過程中由于發(fā)動機溫度過高而導致的自燃、燒發(fā)動機、高能耗等問題，是車載電子風扇的最佳選擇。

1 總體控制方案
    本文研究的電子風扇采用的是三相異步無刷直流電機，其相對于有刷電機有如下優(yōu)點：
    (1)可以根據(jù)冷卻水的溫度自動調節(jié)風扇轉速，起到節(jié)能效果；
    (2)采用無刷控制，延長電機的使用壽命；
    (3)電子換相代替機械換相，減少機械磨損等能量損耗；
    (4)轉速高，空載轉速達5 000 r／min，負載轉速達3 500 r／min。
    車載電子風扇產品如圖1所示。

    本產品無刷直流電機的控制采用的是Motorota公司的第二代無刷直流電機專用集成芯片MC33035，外接功率開關器件后，可用來控制三相異步無刷直流電機。配合MC33039電子測速做F／V轉換，引入測速反饋后，還可以構成閉環(huán)速度調節(jié)控制器。[!--empirenews.page--]
    圖2為三相異步無刷直流電機典型的控制電路圖。

    MC33039通過MC33035的管腳8的6．25 V基準電壓供電，用來產生需要的反饋電壓，而不需要使用昂貴的轉速計。MC33035也用霍爾效應傳感器信號檢測轉子位置。霍爾效應傳感器信號的每次正極或負極轉換都會引起MC33039產生一個輸出脈沖，這個脈沖的幅度、延遲時間由外部電阻R1和電容C1確定。MC33039管腳5的輸出脈沖序列通過MC33035的誤差信號放大器積分，產生一個和馬達速率成正比的直流電壓。這個和速率成正比的電壓設定了MC33035馬達控制器管腳13的PWM基準電平，并閉合成了反饋回路。MC33035輸出驅動一個TMOS功率MOSFET三相電橋。
    基于專用集成電路的驅動控制系統(tǒng)，使得控制電路體積減小很多，而且可靠性也提高。但是，在做三相異步無刷直流電機的控制器這個項目時，調試過程中發(fā)現(xiàn)了幾個比較重要的事項。

2 功率開關器件的選取
    功率開關器件主要由MOSFET，IGBT或者功率模塊(IPM)等全控型電子功率開關組成。
    本文設計的電機控制器，工作電壓為28 V(公交車發(fā)動機電壓)，最高轉速為3 000 r／min，工作溫度為70℃左右。在低電壓、低頻率和較高溫度的工作環(huán)境下，選用MOSFET功率管，開關損耗很小，安全工作區(qū)寬，幾乎不存在二次擊穿問題，漏極電流為負溫度特性，輸入阻抗大，是電壓控制型自關斷首選器件。
    經過調試設計，最終選擇IRF4905和IRF1010，這兩個器件的開關特性很好，上升下降時間都在ns級之內，而且導通電阻很小，IRF4905為0．02 Ω，IRF1010為0．01 Ω。

3 電源輸入中、大電容濾波
    電機高速運轉時，電流約為12 A，電流很大，由于車用蓄電池還用于汽車點火，而且電機和MOSFET驅動電路中開關次數(shù)較多，可能在開啟和關閉時引起浪涌電壓，加上線損、電機不穩(wěn)定等一系列的因素造成的紋波電壓比較大，所以如果運用數(shù)據(jù)手冊中的電容值時，發(fā)現(xiàn)電容發(fā)熱量比較大，因此有必要加大電容的容量。經過調試設計，最終選取兩個2 200μF／50 V和兩個104鉭電容并聯(lián)，如圖3所示。

    另外由于采樣電阻發(fā)熱比較大，布PCB板時盡量讓電解電容遠離發(fā)熱元件，遠離采樣電阻，防止電解電容過早地干涸，延長電解電容的使用時間。

4 霍爾傳感器的選擇
    注意MC33035中文數(shù)據(jù)手冊中，霍爾傳感器的電源供電是利用MC33035第8腳：典型電壓值為6．25 V來供電。所以6．25 V必須是所選霍爾傳感器的正常供電電壓。
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5 上、下橋驅動
    如果MOSFET管的開關速度慢，將導致能量利用率低，發(fā)熱量大等不利因素。如何提高MOSFET驅動的高速化性能，由下面原理圖和實驗波形圖具體說明。

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    如圖4所示，MOSFET上橋高端驅動，由于MOSFET分布電容的存在，對IRF4905的充放電過程都要經過一個2 kΩ電阻。這樣就不能在門極-源極之間對電容Ciss進行快速的充放電，不能活用MOSFET的高速開關性能。改進方案如圖5所示，首先采用自舉電路這樣既可以確保門極-源極之間的電壓在IRF4905的承受范圍之內，又有利于電壓的穩(wěn)定。第二采用了推挽電路，利用NPN／PNP型晶體管的互補推挽電路，提高門極電流的驅動能力。充放電1，2過程不用經過比較大的電阻，直接加速電容的充電過程。
    下橋的驅動如圖5所示，比較圖4可以發(fā)現(xiàn)其中增加了一反向二極管和一個加速電容。串聯(lián)柵極電阻可以使任何MOSFET輸入電容和所有柵源電路中的串聯(lián)引線電感引起的高頻振蕩得以衰減，如果進入底部驅動輸出的負電流超過50 mA則需要二極管。使用附加電容，圖騰柱式輸出可以增強晶體管截止提供負基極電流。

6 MC33035與MC33039中RT／CT參數(shù)的選擇
    MC33035中的RT／CT參數(shù)用于調整MC33035芯片的工作頻率，每個振蕩周期由基準電壓VREF經RT向CT充電，然后CT上電荷通過內部一個晶體管迅速放電而形成鋸齒波振蕩信號。其工作頻率的設定由圖6做具體說明。

    由圖6可以看出當工作頻率過高，PWM調節(jié)時，下橋的開關速度過高，上升沿和下降沿占整個波型的比列大，損失的能量多，則發(fā)熱量就大。當工作頻率過低，如圖4，圖5所示，整個PWM調節(jié)中關斷時間太長，容易產生電機波動。所以必須調整RT／CT使得MC33035的工作頻率符合設計要求。
    MC33039中的RT／CT參數(shù)決定著F／V轉換的對應列表，對應表一旦確定，速度控制就按照一定的比列執(zhí)行，所以要求其中的電阻電容的穩(wěn)定性要好，精度要高，而一般的貼片陶瓷電容熱穩(wěn)定性比較差，容易造成溫漂，所以這里選擇了CBB電容，溫度系數(shù)很小。

7 結語
    在實際的電路設計過程中，要根據(jù)設計需要參數(shù)調整每一個元器件，使得電路符合設計的需要，數(shù)據(jù)手冊中的各類參數(shù)只是提供一種設計參考，不能照搬照抄。因為芯片設計者只是在一定情況下做的實驗，得到的實驗參數(shù)，不可能滿足所有應用者的要求。