图8 IPM 出错信号处理电路
由于IPM 的开关频率较高，而在功率回路中存在寄生电感，在IPM 开关过程中会产生很高的浪涌电压，造成对器件的冲击，影响器件的性能及使用寿命。为此设计了如图9 所示的IPM 缓冲电路，以降低IPM 开通和关断过程的电压和电流尖峰，从而降低器件开关损耗，保护器件安全运行。其中，选择超快恢复二极管RM25HG-24S 作为缓冲二极管，其耐压1200 V，最大反向恢复时间300 ns; 综合考虑本系统驱动电流频率及IPM 本身性能，将IPM 工作频率选为8 KHz，取直流母线寄生电感50 nH，根据计算及试验，最终选择缓冲电容Cs = 3 μF，缓冲电阻Rs = 12 Ω。
图9 IPM 缓冲电路
2. 2 系统软件设计
系统软件主要由主程序和中断服务程序构成，其中主程序完成各种软硬件的初始化、电机初始位置检测和电机启动等，中断服务程序包括PWM 中断子程序和外部中断保护子程序等。其中PWM 中断子程序是控制系统核心，主要完成对转子电流和速度的采集与处理、PID 调节、电压矢量的计算与选择、PWM 发生等。外部中断子程序主要包括母线电压过、欠压保护、启动保护和温度保护等。当IPM 有出错信号时，STM32 控制高级控制定时器的TIM1_BKIN 信号禁止PWM 输出，保证系统的安全，图10为PWM 中断服务程序流程图。
图10 PWM 中断服务程序
3 实验结果
如图11 所示，为本文所设计永磁同步电机控制系统的STM32 控制板及IPM 驱动板实物。对一台额定功率132 kW、额定电流232 A、输入电压380 V的大扭矩永磁同步电机进行了单元及系统实验。图12 所示为W 相上下桥臂的PWM 波形，测试PWM频率为8 KHz ( 周期125 μs) ; 图13 所示为电机空载运行时W 相的电流波形，表明控制系统的软硬件模块均可有效运行。
图11 控制电路
4 结语
本文提出了一种基于STM32 的大扭矩永磁同步电机的控制系统，设计了STM32 处理器模块、增益可调的电流检测电路、旋转变压器接口电路、IPM驱动保护电路等，采用矢量控制方法，实现了永磁同步电机速度和转矩控制，并进行了试验验证，为大扭矩永磁同步电机驱动控制提供了一种稳定可靠、高性价比的方案。
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