电子风扇专用无刷直流电机关键技术的研究

摘要：为了解决客车、城市公交车在实际使用中发动机不同温度状况下的散热问题，有效地保证发动机的正常使用温度，车载电子风扇是最佳选择。指出了电子风扇专用无刷直流电机控制电路的一些注意事项，结合具体实验，优化电路中元器件的参数，很好地保证电机稳定正常运行。
关键词：电子风扇；无刷直流电机；电机控制；元器件参数

0 引言
电子风扇是一款针对汽车发动机散热而设计的全自动分阶控制产品，适用于各种型号的客车、城市公交车的发动机散热系统。本产品很好地解决了客车、城市公交车在实际使用中发动机不同温度状况下的散热问题，有效地保证发动机的正常使用温度控制，有效防止车辆在运行过程中由于发动机温度过高而导致的自燃、烧发动机、高能耗等问题，是车载电子风扇的最佳选择。

1 总体控制方案
本文研究的电子风扇采用的是三相异步无刷直流电机，其相对于有刷电机有如下优点：
(1)可以根据冷却水的温度自动调节风扇转速，起到节能效果；
(2)采用无刷控制，延长电机的使用寿命；
(3)电子换相代替机械换相，减少机械磨损等能量损耗；
(4)转速高，空载转速达5 000 r／min，负载转速达3 500 r／min。
车载电子风扇产品如图1所示。

本产品无刷直流电机的控制采用的是Motorota公司的第二代无刷直流电机专用集成芯片MC33035，外接功率开关器件后，可用来控制三相异步无刷直流电机。配合MC33039电子测速做F／V转换，引入测速反馈后，还可以构成闭环速度调节控制器。[p] [p]
5 上、下桥驱动
如果MOSFET管的开关速度慢，将导致能量利用率低，发热量大等不利因素。如何提高MOSFET驱动的高速化性能，由下面原理图和实验波形图具体说明。

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如图4所示，MOSFET上桥高端驱动，由于MOSFET分布电容的存在，对IRF4905的充放电过程都要经过一个2 kΩ电阻。这样就不能在门极-源极之间对电容Ciss进行快速的充放电，不能活用MOSFET的高速开关性能。改进方案如图5所示，首先采用自举电路这样既可以确保门极-源极之间的电压在IRF4905的承受范围之内，又有利于电压的稳定。第二采用了推挽电路，利用NPN／PNP型晶体管的互补推挽电路，提高门极电流的驱动能力。充放电1，2过程不用经过比较大的电阻，直接加速电容的充电过程。
下桥的驱动如图5所示，比较图4可以发现其中增加了一反向二极管和一个加速电容。串联栅极电阻可以使任何MOSFET输入电容和所有栅源电路中的串联引线电感引起的高频振荡得以衰减，如果进入底部驱动输出的负电流超过50 mA则需要二极管。使用附加电容，图腾柱式输出可以增强晶体管截止提供负基极电流。

6 MC33035与MC33039中RT／CT参数的选择
MC33035中的RT／CT参数用于调整MC33035芯片的工作频率，每个振荡周期由基准电压VREF经RT向CT充电，然后CT上电荷通过内部一个晶体管迅速放电而形成锯齿波振荡信号。其工作频率的设定由图6做具体说明。

由图6可以看出当工作频率过高，PWM调节时，下桥的开关速度过高，上升沿和下降沿占整个波型的比列大，损失的能量多，则发热量就大。当工作频率过低，如图4，图5所示，整个PWM调节中关断时间太长，容易产生电机波动。所以必须调整RT／CT使得MC33035的工作频率符合设计要求。
MC33039中的RT／CT参数决定着F／V转换的对应列表，对应表一旦确定，速度控制就按照一定的比列执行，所以要求其中的电阻电容的稳定性要好，精度要高，而一般的贴片陶瓷电容热稳定性比较差，容易造成温漂，所以这里选择了CBB电容，温度系数很小。

7 结语
在实际的电路设计过程中，要根据设计需要参数调整每一个元器件，使得电路符合设计的需要，数据手册中的各类参数只是提供一种设计参考，不能照搬照抄。因为芯片设计者只是在一定情况下做的实验，得到的实验参数，不可能满足所有应用者的要求。