無刷直流馬達之電路設計 (Brushless DC motor circuit design)

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1 無刷直流馬達之電路設計 (Brushless DC motor circuit design)
專題學生：楊承諺

2 目錄 一、前言 二、系統架構 三、作品說明 四、成果

3 前言 近年來，在電冰箱、洗衣機、空調冷氣機等 3C家電產品中。為了有效提升整體效率，新一代的高效率壓縮機已改採用無刷直流馬達。變速驅動方式的應用，日益增加。直流無刷馬達(brushless DC motor)具有外型緊湊、結構簡單、高效率、低噪音、較長使用壽命、易於控制、不需維護(無碳刷)等優點，已廣泛應用於自動化、工業和消費類電子產品等領域中。微電腦控制驅動器成為其中的關鍵組件，如何發展低成本、高效率的驅動器，藉由晶片控制又能使其發揮節約能源、符合多種應用需求的優點，遂成為相關產業重要的研究課題。

4 本創作應用於直流無刷馬達，目的能讓使用者簡單的透過電腦端介面完成設定，並控制直流無刷馬達動作，並可直接由電腦端透過UART選擇起動馬達運轉、停止馬達運轉、開迴路或閉回路、加速、正轉、反轉、剎車等功能。

5 系統架構

6 其硬體主要可分為以下兩個單元所組成: 1.CPU單元: 1-1光耦合隔離電路 1-2 UART電路 1-3時脈產生器 2.POWER MOSFET驅動電路單元 2-1 DC-DC 2-2 Gate Driver 2-3 POWER MOSFET

7 作品說明 CPU單元

8 CPU單元電路 LayOut圖(Top Layer)

9 Layout圖(Bottom Layer)

10 POWER MOSFET驅動電路單元 POWER MOSFET驅動電路其中包含有Gate Driver、POWER MOSFET。
馬達驅動電路切換元件的選擇關係到整個驅動電路的效率。一般而言，驅動電路的功率元件有三種可以選擇：BJT（Bipolar Junction Transistor）、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）以及 MOSFET三種。在比較上述各功率元件的特性，配合整個驅動裝置的電源特性及脈波寬度調變的頻率後，本專題採用POWER MOSFET 作為驅動的功率元件。

11 POWER MOSFET驅動電路單元

12 POWER MOSFET單元電路 LayOut圖

13 LayOut圖(Bottom Layer)

14 成果 測試圖以24V馬達以及 220V 馬達，於24V馬達測試以及220V馬達測試皆可非常穩定，可直接由電腦端透過UART選擇起動馬達運轉、停止馬達運轉、開迴路或閉回路、Hall-sensor、Sensorless、正轉、反轉、剎車等功能。於220V馬達測試藉由電源供應器輸DC200V經由POWER MOSFET 單元電路使馬達非常穩定轉動，功能皆正常。

15 使用軟體 本創作使用Visual Basic作為控制介面，電腦藉由此介面可直接透過UART選擇起動馬達運轉、停止馬達運轉、開迴路或閉回路、加速、正轉、反轉、剎車等功能。

16 使用馬達

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22 謝謝聆聽