无刷电机

摘 要

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在十九纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。 “无刷直流电机”的概念已由最初的具有电子换相器的直流电机发展到泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代的电动调速系统。无刷直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在:调速方便(可无级调速)，调速范围宽，低速性能好(启动转矩大，启动电流小)，运行平稳，噪音低，效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等等.直流无刷电动机驱动系统主要由驱动芯片MC33035、电子测速芯片MC33039、IR2103驱动芯片以及一些稳压电路等组成。系统设计过程中使用了Protel 99se，Protel99se不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。 关键词：Protel99se；MC33035；MC33039；IR2103；稳压电路

目 录

1.方案论证 .................................................................................................. 1

1.1直流无刷电动机驱动系统原理 ......................................................................................... 1

1.2根据电路原理图设计（Sch）： ....................................................................................... 2 2项目元件库.............................................................................................. 3

2.1根据所给的原理图画元件 ................................................................................................. 3

2.2项目元件封装库 ................................................................................................................. 5

2.3自建元件封装 ..................................................................................................................... 5

3.原理图设计.............................................................................................. 6

3.1准备工作 ............................................................................................................................. 6

3.2放置元件 ............................................................................................................................. 6

3.3自建元件 ............................................................................................................................. 6

3.4绘图连线 ............................................................................................................................. 6

3.5局部连接网络标号 ............................................................................................................. 6

3.6电气检查 ............................................................................................................................. 6

3.7生成网络表 ......................................................................................................................... 7

3.8生成元件清单 ..................................................................................................................... 7

4.PCB图设计 ............................................................................................. 9

4.1新建PCB文件 ................................................................................................................... 9

4.2修改以消除错误 ................................................................................................................. 9

4.3布局 ..................................................................................................................................... 9

5.结论 ......................................................................................................... 11 参考文献 ................................................................................................... 12 附录1系统原理图

附录2系统PCB图 ................................................................................. 13

附录3自建库图形 .................................................................................. 14

1.方案论证

1.1直流无刷电动机驱动系统原理

直流无刷电动机驱动系统可分为两个部分：直流无刷电动机控制部分和直流无刷电动机驱动部分。系统主要由驱动芯片MC33035、电子测速芯片MC33039、IR2103驱动芯片以及一些稳压电路等组成。控制部分所用芯片MC33035是MOTOROLA公司生产的高性能无刷直流电动机控制器专用集成电路芯片，电动机速度可以通过MC33035的18脚的输入电压来设定，电动机转子位置传感器信号转换成六路驱动输出信号，三个上侧驱动输出是集电极开路NPN晶体管，三个下侧驱动输出是推挽输出进入驱动部分，三个输出分别经过功率管驱动芯片IR2103，控制MOSFET管V1、V2开关，从而控制电动机两端电压，电动机速度通过MC33039反馈获得，它是利用三相直流无刷电动机转子位置传感器三个输出信号，经过F/V转换后从5脚输出一个脉宽信号，该信号直流分量正比与电动机速度，它连接至MC33035的13脚形成一个闭环反馈电路。

以下分别为直流无刷电动机控制原理图和驱动原理图。

图1-1 （a）直流无刷电动机控制原理图

图1-1 （b）直流无刷电动机驱动原理图

1.2根据电路原理图设计（Sch）：

利用Protel 99 SE的原理图设计系统，绘制完整的、正确的电路原理图。 产生网络表，根据电路原理图产生元件连接关系的文本文件，印刷电路板设计（PCB）：根据电路原理图，进行印刷电路板的设计。

2项目元件库

2.1根据所给的原理图画元件

在protel99se上画出图形。对于元件库里面没有的器件，需要自己先手动画出元件库，然后加载到元件库中。

方法与步骤：在Documents下鼠标右键新建Schlib1.Lib文件，打开后选择工具栏中矩形框画出元件框架，然后选择PlacePin工具放置元件引脚（带圆点的一端放在外侧），按Tab键可设置引脚名称和脚号。元件画好后可点击左侧Description进行封装。点击Update Schematics保存。

气CAD 程课设：计直无刷流电机驱动动统系

2.2项目元件封装库

2.3自建元件封装

方法与步骤：在Documents下鼠标右键新建PCBLIB1.LIB文件，打开后选择直线绘制工具画出元件轮廓，再选择焊盘放在引脚上，左键双击焊盘可设置焊盘参数。

3.原理图设计

3.1准备工作

在Documents下鼠标右键新建Sheet1.Sch文件，双击打开。选择左侧Browse Sch窗口，加载常用元件库Miscellaneous.Devices.ddb和Protel DOS Schematic Libraries.ddb.由于整张电路图比较大，选择Design/Options/Standard Style C调整整张电路图的大小。

3.2放置元件

上述准备工作完成，根据设计原理图，在加载的元件库中找到所需元件MC33039，CON5，电容及电阻等元件，左键单击元件选择Place，按Tab键填写元件封装和元件名称等信息，然后放置在原理图中适当位置。大多数元件封装可以在网上找到，发光二极管VD13和单开单置开关需要自己封装。

3.3自建元件

有少数元件元件库中没有或者找不到，如MC33035，C10，IR2103等，与其花费大量时间寻找，不如自己画出来。在新建Schlib1.Lib文件中画出所需元件后，在原理图窗口用加载元件库的方法加载自己画的元件库。加载好后放置到原理图中。

3.4绘图连线

原理图可分为8个相对独立部分，每个单独部分元件放置完毕后，适当调整位置，在空白处点击鼠标右键选择Place Wire开始连线，连接完成后开始下一部分。每个部分先后独立完成可以使绘制原理图过程干净有序不容易出错。

3.5局部连接网络标号

选择Place/Power Port可放置接地。各个部分需要用网络标号连接起来：选择工具栏Net1工具，按Tab键更改名称，改好后将其放到与元件引脚相连的导线上，出现小黑点表示正确放置。所有网络标号放置完成后，看似零散的图就成为整体了。

3.6电气检查

原理图全部完成后进行ERC电气检查：鼠标右键选择ERC/OK即生成了检查报

告：

一般正确连接（注意节点和接线端）后电气检查不有问题。

3.7生成网络表

选择Design/Create Netlist即可生成网络表。

3.8生成元件清单

选择Reports/Bill of Material,选择下一步即可。

完整原理图：

4.PCB图设计

4.1新建PCB文件

利用向导新建PCB板，由于原理图较大，整个系统所用元件较多，选择板子尺寸为10000x6000双层板。

4.2修改以消除错误

打开新建的.PCB文件，选择Design/Load Nets,在Browse中选择生成的网络表.NET文件。第一次出现117个错误，其中有封装错误和管脚号不一致错误，随后修改二极管管脚为“A”和“k”，根据PCB元件库元件封装修改原理图中对应元件封装，画出单刀单掷开关等解决措施后消除了所有错误，成功生成PCB图

。

4.3布局

选择Tools/Auto Placement/Auto placer进行自动布局。自动布局后所有元件排列过紧，影响美观。采用手动布局将原件拖动到合适位置。元件全部放置好后，选择Auto Route/All完成连线。

电 气CD 课程A设计：直流刷电无机动动驱系统

10

5.结论

设计的成功之处在于成功实现了直流无刷电动机控制驱动。而这次课程设计总的来说设计完成得不算顺利，在很多不该过多纠缠的地方浪费了许多时间:画原理图时有好几个元件找不到，本该果断选择自己画此元件，我却偏不甘心又是网上搜又是加载各个元件库，折腾好长时间终究无功而返自己画出了MC33035。 以前用protel99se都是老师直接将所有元件的封装等所有信息都打包好给我们照做就好，做起来总是顺顺利利，没有错误，于是认为自己学得很好了。这次的课程设计却让我学到很多知识。很多知识需要自己通过各种途径去学，在遇到困难遇到问题寻找解决方法的过程中查找资料会变成附加的知识。也会感觉Protel99se这个软件并不好用，总会遇到各种非技术性的问题，与win7兼容性不好。正因如此，更多的体会是遇到问题也是一种很好的学习过程。

这次课程设计最大的收获是认识到自己电路知识的欠缺，数电模电知识不扎实，各个学科之间也有各种各样的联系，只有学好各科知识，并融合在一起才能完成好一样工作，也更加了解PCB的元件封装问题，这些知识与软件好坏无关，如今有自信独立完成印制电路板的设计制作了，也不枉一个学期的学习了。

参考文献

[1] 邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：机械工业出版社,2005 [2]董国增.电气CAD技术机械 ,工业出版社,2011

附录2系统PCB

图

气 ADC课程设 ：直计无流刷电机驱动动统系

录附3 建库图自形

14

电气 CAD 课程计：设流无直刷动电机驱动系统15

电气CA 课程D计：设流无刷直动电机驱系统动16

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8yci.html