由于MCU和DSC的成本大幅下降，目前多數馬達控制設計中都使用MCU和數字信號控制器（DSC）來執(zhí)行馬達控制算法。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）與功率電子驅動電路接口，并講述了如何正確地進行相關硬件及軟件開發(fā)的方法。

　　在進行MCU或DSC的邏輯層輸入/輸出口（I/O）與功率電子驅動電路的接口設計時，除了性能和價格需要權衡考慮外，還有許多方面要折衷處理。我們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制？

　　3. 控制器外設可簡化哪些接口要求？

　　4. 電氣安全要求是什么？

　　5. 此設計是否用于產品開發(fā)？

　　柵極驅動接口電路

　　半橋輸出電路結構可用于控制多種馬達，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，在晶體管的柵極和源極間提供一個10-15V的電平。2. 在晶體管的開通和關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#

　　由于低端器件的電位是相對于電路的接地點而言的，因此在電源級電路中產生一個用于低端器件的柵極電源電壓十分容易。柵極控制電壓必須以源極電壓為參考，在高端晶體管中它是滿幅電壓。因此，電源級電路中的高端器件需要一個柵極電源，該電源基于源極電壓上下浮動。

　　現在有許多便宜的IC可簡化柵極驅動電路的設計。但其中有些只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，又使我們可在設計中選用簡單的柵極驅動器IC。

　　在許多馬達控制設備中，線路總電源從與AC線路直接相連的全波整流電路獲得并經過濾波。整流器的低端電壓成為整個電路的參考電壓（0V）。不過，這一參考電壓并非接地電壓。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基于這一低端電位上下浮動是有意義的。不過，如果設計要求測試或現場服務的話，出于安全考慮最好加上信號隔離。至少在產品開發(fā)階段使用的馬達驅動硬件應該具有信號隔離功能。

　　即使從盡量減少破壞來考慮，也應該采用隔離電路。在某一具體設計中，即使沒有隔離反饋信號，也應該隔離柵極控制信號。否則，電源器件可能會損壞或短路，從而使得直流總線電壓通過驅動電路耦合回來并流入邏輯器件中。

　　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(qū)、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機等。不過這些功能也會增加額外成本。#p#分頁標題#e#

　　有多種方法可產生柵極驅動電路的電源。原則上來說，高端驅動電路應該產生一個比DC總線電壓高出10-15V的電壓，用于輸出級電路。由于自舉電路無需浮動電源，因此是最便宜的。如圖1所示，自舉電路給一只電容器充電，電容器上的電壓基于高端輸出晶體管源極電壓上下浮動。下面的晶體管開通時將高端晶體管的源極電壓拉到0 V，只有此時電路才對電容器充電。電容器必須儲備足夠的電荷，以便在上端的晶體管處于開通狀態(tài)時維持所需的柵極電壓。由于帶有電容器，自舉電源無法保證上面的晶體管一直開通。當自舉電容器上的電壓下降時，高端器件便會關斷。

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

　　如果高端器件的柵極驅動必須保持連續(xù)，那么必須使用浮動電路來產生比直流總線電壓高10 V至15 V的電壓。我們可以采用充電泵電路，它的電壓是相對高端晶體管的源極電壓而言的。另一種方法則是用一個高頻信號來調制柵極信號，這樣在柵極驅動信號出現時，高頻信號也會出現。在圖2中，調制信號通過一只變壓器耦合到晶體管的柵極和源極，并在變壓器的次級經過整流產生柵極驅動電壓。但是，這兩種方法都會增加設計的成本。