1　引　言
　　智能功率模塊（IPM）出現于上世紀九十年代，它通過采用先進的材料和工藝將功率單元、驅動單元、邏輯單元、傳感單元和保護單元等集成于一體，這樣不僅應用方便，更關鍵的是它提高了系統的可靠性，并縮小了體積。
　　某些雷達系統在設計時要求體積小、重量輕和可靠性高，而采用常規的設計將難以達到這一要求，為此，我們采用智能功率模塊來解決這個非常棘手的問題，并研制出無刷直流電動機驅動的高性能雷達伺服系統。

2　雷達伺服系統
　　早期的雷達伺服系統中多采用普通直流電動機作為執行元件來完成對雷達天線的驅動控制。但是，普通直流電動機由于使用了電刷和機械換向器，因此在工作時會產生電火花干擾，且碳刷在一些環境中磨損快、壽命短，維護不便。而稀土永磁無刷直流電動機作為一種新型的驅動執行元件，采用了電子換向，因而具有可靠性高、壽命長、無電火花干擾的特點，它同時還具有低轉速、大轉矩、高精度等性能。目前，采用無刷直流電動機作為驅動執行元件的伺服系統在一些雷達系統中已經開始應用。
　　采用無刷直流電動機作為驅動執行元件的雷達伺服系統原理框圖如圖1所示。
3　無刷直流電動機及其控制
3．1　無刷直流電機
　　稀土永磁無刷直流電機是一種新型的電動機，其相電勢為梯形波，電樞電流為120度矩形波。它的基本構成包括電動機本體、控制器和位置傳感器三部分，電機的三相定子繞組分別與作為功率電子開關的橋式主回路中相應的功率開關管連接。由于采用脈寬調制（PWM）控制，所以，電子開關電路由功率開關單元、位置傳感器信號處理單元和脈寬調制器組成，用來控制電動機定子各相繞組通電的順序與時間。位置傳感器的跟蹤轉子與電動機轉軸相連接，它將轉子磁鋼位置變換成電信號，經位置傳感器信號處理單元處理后，去控制功率電子開關，使定子相電流隨轉子位置的變化而按一定的次序換相。隨著各相繞組按一定順序工作，在電機中就產生了旋轉磁場，從而拖動永磁轉子旋轉。
3．2　無刷直流電動機的控制
　　無刷直流電動機系統的原理框圖如圖2所示。它由脈寬調制器、無刷直流電動機的換相處理、驅動與保護及橋式逆變主回路幾部分組成。本系統中驅動采用IPM，主回路為脈寬調制式變換器，即PWM變換器。PWM變換器分為不可逆和可逆兩類，它在控制上又分為雙極式和單極式兩種方式。由于雙極式可逆PWM變換器的電流一定連續，電機可在四個象限中運行，因此，在靜、動態性能要求比較高的雷達伺服系統中應采用雙極式可逆PWM變換器。
　　高性能的無刷直流電動機控制系統都采用速度、電流雙閉環控制，如再加上位置環即可構成無刷直流電動機位置伺服系統。
　　電流控制實際上就是一種轉矩控制，其作用有三：一是在轉速調節過程中使電機定子電流跟隨其給定值變化，保證起動或制動時電機能獲得允許的最大電流；二是對電源電壓波動起抗擾作用；三是當電機過載甚至堵轉時，限制電機電流的最大值。考慮到超調小、電流跟隨性好等性能，電流環可按典型Ⅰ型系統校正。
　　由于雷達伺服系統中無刷直流電動機要受到經常性的負載擾動，為使其具有良好的抗擾性能，并獲得較高的調速精度，就必須對其進行速度閉環控制。考慮到速度環在穩態時無靜差，動態時要有良好的抗擾性能，速度環可按典型Ⅱ型系統校正。

4　IPM模塊MSK4462及其應用
　　一般說來，智能功率模塊（IPM）包含有數字接口電路、驅動電路、功率器件、保護電路、內部DC－DC變換器等部分，是數模混合式大規模集成電路。事實上，智能功率模塊是復雜分立器件的集成，它在原理上并沒有增加新的功能。智能功率模塊是微電子技術和電力電子技術相結合的產物，它是計算機與電氣設備之間的關鍵接口。
　　IPM模塊MSK4462是一種無刷直流電動機的控制驅動功率模塊，其基本特點為：
??? ·它具有3相全橋式MOSFET功率逆變器；
??? ·電壓為75V、輸出電流30A；
　　·包含有功率MOSFET驅動電路、過載、短路保護電路以及上下橋臂直通保護電路、電機位置傳感器換相邏輯處理電路、PWM脈寬調制器、數字接口電路、內部DC－DC變換器；
　　·具有電流檢測與誤差放大器，用戶根據系統的性能要求添加適當的補償網絡即可方便地構成PI電流調節器，以實現系統的電流閉環控制；
　　·它是一種真正的四象限控制的無刷直流電動機控制驅動智能功率模塊，它在零力矩附近也具有較高的控制精度，其電流始終保持連續，電動機可工作于正轉電動、正轉制動、反轉電動、反轉制動四種狀態，由其構成的伺服系統具有較高的動、靜態性能；
??? ·模塊具有較好的散熱設計。
??? IPM模塊MSK4462的功能框圖如圖3所示。
　　采用IPM模塊MSK4462可方便地構成如圖1所示的無刷直流電動機驅動的高性能雷達伺服系統，該系統中電機換相信號由MSK4462內部的換相邏輯電路產生，而IPM模塊MSK4462外加補償網絡即可構成電流PI調節器，以實現電流的閉環控制。考慮到超調小、電流跟隨性好等性能，電流環可按典型Ⅰ型系統校正。由IPM模塊MSK4462構成的上述雷達伺服系統具有體積小、重量輕、可靠性高的優點。
　　在設計使用的過程中，要注意以下幾個方面的處理：（1）AV＋、BV＋、CV＋必須在模塊外部相連，并連到功率電源上。另外，它們與功率地之間還須并聯適當的電容以抑制干擾和電壓降落，電容應盡量地靠近模塊。（2）Aφ、Bφ、Cφ連到無刷直流電動機的三相繞組，注意，它們不能與電源或地短路，否則會損壞橋路。（3）AVS、BVS、CVS必須在模塊外部相連以構成三相全橋逆變器，并使每個半橋的電流流過電流檢測電阻，以構成電流反饋。RTN連到功率地。（4）CURRENTCOMMAND是電流環中的差分輸入，每伏輸入對應于3A的輸出電流，最大±10V的輸入對應±30A的輸出電流。CURRENTMONITOR是電流監視輸出端子，利用它可構成過流保護電路。（5）E／AOUT與E／A－是電流環路放大器的輸出與輸入，在它們之間可接入適當的補償網絡來實現電流環的校正。（6）模塊內部的脈寬調制器可產生最大25kHz的PWM信號。無刷直流電動機轉子位置傳感器的輸出連到模塊HALLA、B、C管腳，經換相邏輯電路處理后，控制電機定子電流的導通順序，以在電機中形成旋轉磁場。（7）模塊還具有6．25V的輸出，它可作為無刷直流電動機轉子位置傳感器的電源。另外，模塊還具有電機制動模式和逆變器禁止輸出等功能，可根據系統的實際需要來選用。（8）注意第一次使用MSK4462時，應以較低的電壓和電流開始起動，調節電機的相序使之能夠正常地旋轉，然后再進行正常的調試操作。（9）要根據使用情況選擇合適的散熱器，并且嚴格按CMOS的操作規程進行電裝。

5　結束語
　　使用智能功率模塊MSK4462較容易地實現了無刷直流電動機的電流控制，應用它而構成的雷達伺服系統具有體積小、重量輕、可靠性高的優點，并且也能獲得比較滿意的系統性能。