王强 周义勇 许桂林

（上海电控研究所，上海 200092）

一、概述

大功率直流电机目前广泛应用在各个工业场合中，由于直流电机属于感性负载，传统大功率电机功率驱动器在电机的运行过程中，尤其在直流启动、转向和关闭的瞬间，过大的电枢电流产生过大的电动应力，尤其直流电机在启动瞬间相当于短路状态，将会产生较大的电流尖峰，可能会出现危险的火花烧坏整流子，损坏绕组。

二、研究内容

本文设计了一种具有软启动／关断功能的电子开关模块，可以实现电机类感性负载的软启动／关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

（一）系统工作原理

本系统通过外部控制信号的输入实现大功率直流电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

CPU电路板采集外部输入控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号以及不同占空比的脉冲信号控制电机的速度，外部控制信号分为高速正转/反转、低速正转/反转共四种模式。

驱动输出板包括软启动/关断电路模块、过流保护电路模块、两级功率输出驱动电路模块，其中软启动/关断电路模块以智能高侧大电流电源开关管BTS555为核心器件，由NPN三极管进行输入开关控制，过流保护电路模块设置过流保护及上传功能，通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对BTS555内部的电流进行信号调理，实现不同的过流保护值设定，过流保护信号上传到控制芯片，实现实时监控设备输出功率电流，两级功率输出驱动电路模块以半桥栅极驱动FAN73833和IRFP2907 N沟道IGBT管为核心器件，其中IGBT管最大驱动电流达到209A，同时采用肖特基势垒整流器MBR40100对输出电流进行整流。原理图如图1所示：

（二）系统总体设计

本系统主要由壳体、CPU电路板、驱动输出板、大电流电源开关管BTS555、输入控制接口、主输入24V和输出驱动接口组成，具体结构见图2，

（三）具体实施方式

CPU电路板是以单片机采集外部控制信号并进行信号解析，输出相应驱动信号对大直流功率电机进行功率软启动、运行和软关闭，其中外部接口分为输入控制接口5和输出驱动接口7，输入控制接口5V电压供电，同时输入控制信号有高速正转/反转，低速正转/反转共四种模式，输出驱动接口由三个立柱管脚，分别代表信号为主输入24V(6)和直流电机正/负控制管脚7。控制原理为单片机采集输入控制接口的逻辑控制电平进行解析，输出相应的方向控制信号以及不同占空比的脉冲信号控制电机的速度，同时单片机根据设置的四档过流设置阈值实时采集过流保护电路的过流信号，一旦超过设定的阈值则软件关断驱动输出，实现电机的软关闭。

驱动输出板中的软启动/关断电路模块采用BTS555智能高侧大电流电源开关管，由NPN三极管进行输入开关控制，其中主电24V的输入端直接和BTS555的金属散热面相连，确保驱动器具有较大的电流容量和散热面积，软开启时间为1.2秒和软关断时间为0.3秒。

驱动输出板中的过流保护电路模块防止直流电机堵转或卡滞时产生持续大电流导致电机烧坏，考虑到直流电机实际负载情况的不同和电子开关模块的通用性，采用拨码开关实现不同的负载电流保护值。通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对BTS555内部的电流进行信号调理，经过运算线性放大，过流保护信号上传到控制芯片，利用软件程序判断是否过流，实现实时监控设备输出功率电流和智能切断功率输出。

驱动输出板中的两级功率输出驱动电路模块由半桥栅极驱动FAN73833和IRFP2907 N沟道IGBT管组成，同时采用肖特基势垒整流器MBR40100对输出电流进行整流。电机正转和反转各自独立组成驱动电路，同时两个半桥栅极驱动输入端进行互斥保护输入控制，可以防止直流电机两个功率驱动出现同时为正或反的驱动电压出现，防止直流电机烧坏。

三、结论

本文通过设计具有软启动／关断功能的电子开关模块，可以实现电机类感性负载的软启动／关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命，具有广泛的推广应用价值。