由於(yu) MCU和DSC的成本大幅下降，目前多數馬達控製設計中都使用MCU和數字信號控製器（DSC）來執行馬達控製算法。本文介紹了一些方法和技巧，可將MCU或DSC的邏輯層輸入/輸出口（I/O）與(yu) 功率電子驅動電路接口，並講述了如何正確地進行相關(guan) 硬件及軟件開發的方法。

　　在進行MCU或DSC的邏輯層輸入/輸出口（I/O）與(yu) 功率電子驅動電路的接口設計時，除了性能和價(jia) 格需要權衡考慮外，還有許多方麵要折衷處理。我們(men) 可根據以下問題來選擇接口元件：

　　1. 本電路需要驅動何種馬達？

　　2. 該馬達采用何種算法進行控製？

　　3. 控製器外設可簡化哪些接口要求？

　　4. 電氣安全要求是什麽(me) ？

　　5. 此設計是否用於(yu) 產(chan) 品開發？

　　柵極驅動接口電路

　　半橋輸出電路結構可用於(yu) 控製多種馬達，包括有刷直流馬達、無刷直流馬達、交流感應式馬達及永磁交流馬達。電源級電路需要一個(ge) 柵極驅動接口電路，該電路至少應具備以下功能：1. 將MCU的邏輯輸出電平進行轉換，在晶體(ti) 管的柵極和源極間提供一個(ge) 10-15V的電平。2. 在晶體(ti) 管的開通和關(guan) 斷時提供足夠大的驅動電流，以克服米勒電容的影響。

　　高端輸出器件向來是柵極驅動接口電路的一個(ge) 問題。在電源輸出級電路中，無論是高端或低端輸出都應該采用N溝道器件。在裸片尺寸和擊穿電壓固定的情況下，P溝道器件的導通電阻往往比N溝道器件高。使用P溝道器件可簡化柵極驅動電路，但會(hui) 增加設計成本。裸片尺寸越大成本越高，而且P溝道器件往往比同類的N溝道器件成本高。#p#分頁標題#e#

　　由於(yu) 低端器件的電位是相對於(yu) 電路的接地點而言的，因此在電源級電路中產(chan) 生一個(ge) 用於(yu) 低端器件的柵極電源電壓十分容易。柵極控製電壓必須以源極電壓為(wei) 參考，在高端晶體(ti) 管中它是滿幅電壓。因此，電源級電路中的高端器件需要一個(ge) 柵極電源，該電源基於(yu) 源極電壓上下浮動。

　　現在有許多便宜的IC可簡化柵極驅動電路的設計。但其中有些隻是簡單的大電流驅動電路，不具備高端器件所需的電平轉換電路。另一些則包括電平轉換電路，可直接與(yu) 邏輯及功率器件接口。選擇柵極驅動器時要視設計的絕緣要求而定。光電耦合器既可以滿足電平轉換要求，又使我們(men) 可在設計中選用簡單的柵極驅動器IC。

　　在許多馬達控製設備中，線路總電源從(cong) 與(yu) AC線路直接相連的全波整流電路獲得並經過濾波。整流器的低端電壓成為(wei) 整個(ge) 電路的參考電壓（0V）。不過，這一參考電壓並非接地電壓。在低端也存在交流電壓，它在OV左右和峰值線電壓間來回波動。在許多低成本應用中，將MCU或DSC基於(yu) 這一低端電位上下浮動是有意義(yi) 的。不過，如果設計要求測試或現場服務的話，出於(yu) 安全考慮最好加上信號隔離。至少在產(chan) 品開發階段使用的馬達驅動硬件應該具有信號隔離功能。

　　即使從(cong) 盡量減少破壞來考慮，也應該采用隔離電路。在某一具體(ti) 設計中，即使沒有隔離反饋信號，也應該隔離柵極控製信號。否則，電源器件可能會(hui) 損壞或短路，從(cong) 而使得直流總線電壓通過驅動電路耦合回來並流入邏輯器件中。

　　柵極驅動器IC通常具有其它特性，包括欠壓斷電保護、插入一段死區、防止高端功率器件和低端功率器件交叉導通以及過電流自動關(guan) 機等。不過這些功能也會(hui) 增加額外成本。#p#分頁標題#e#

　　有多種方法可產(chan) 生柵極驅動電路的電源。原則上來說，高端驅動電路應該產(chan) 生一個(ge) 比DC總線電壓高出10-15V的電壓，用於(yu) 輸出級電路。由於(yu) 自舉(ju) 電路無需浮動電源，因此是最便宜的。如圖1所示，自舉(ju) 電路給一隻電容器充電，電容器上的電壓基於(yu) 高端輸出晶體(ti) 管源極電壓上下浮動。下麵的晶體(ti) 管開通時將高端晶體(ti) 管的源極電壓拉到0 V，隻有此時電路才對電容器充電。電容器必須儲(chu) 備足夠的電荷，以便在上端的晶體(ti) 管處於(yu) 開通狀態時維持所需的柵極電壓。由於(yu) 帶有電容器，自舉(ju) 電源無法保證上麵的晶體(ti) 管一直開通。當自舉(ju) 電容器上的電壓下降時，高端器件便會(hui) 關(guan) 斷。

　　由自舉(ju) 電路的局限性所產(chan) 生的副作用與(yu) 馬達類型有關(guan) 。對用正弦波電流驅動的馬達而言，自舉(ju) 電路會(hui) 限製加在反相器上的PWM占空比。我們(men) 可以通過改變自舉(ju) 電路中元件的大小來增大占空比。不過，由於(yu) BLDC和SR電動機需要換相，因此通常不采用自舉(ju) 電路。

　　如果高端器件的柵極驅動必須保持連續，那麽(me) 必須使用浮動電路來產(chan) 生比直流總線電壓高10 V至15 V的電壓。我們(men) 可以采用充電泵電路，它的電壓是相對高端晶體(ti) 管的源極電壓而言的。另一種方法則是用一個(ge) 高頻信號來調製柵極信號，這樣在柵極驅動信號出現時，高頻信號也會(hui) 出現。在圖2中，調製信號通過一隻變壓器耦合到晶體(ti) 管的柵極和源極，並在變壓器的次級經過整流產(chan) 生柵極驅動電壓。但是，這兩(liang) 種方法都會(hui) 增加設計的成本。