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          微型無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制

          作者: 時間:2012-10-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          0 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/159727.htm

          在一些應(yīng)用場合要求使用的體積小、效率高、轉(zhuǎn)速高,永磁無刷能夠較好地滿足要求。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電機(jī)">電機(jī)體積較小,安裝困難,所以無刷電機(jī)的無就顯得尤為必要。

          無刷電機(jī)的無的難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)子位置信號的檢測,目前國內(nèi)外研究人員提出了諸多方法,其中反電動勢法最為簡單、可靠,應(yīng)用范圍最廣泛。普遍采用的方案為基于DSP的控制和基于專用集成電路的控制等,但是其價格高、體積大,不利于用在電機(jī)控制器中。本文介紹基于C8051F330單片機(jī)、檢測反電動勢法的無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,體積超小型,價格低廉,運(yùn)行性能良好。



          1 無傳感器無刷直流電機(jī)的控制方式

          實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)電子換相及PWM控制的逆變器主電路如圖1a所示。采用兩兩通電方式,即每一個瞬間有兩個功率管導(dǎo)通,每隔60&deg;電角度換相1次,每一功率管導(dǎo)通120&deg;電角度。功率管的導(dǎo)通順序是:V6V1&rarr;V1V2&rarr;V2V3&rarr;V3V4&rarr;V4V5&rarr;V5V6。

          在方波無刷直流電機(jī)中,定子繞組的反電動勢波形(即氣隙磁通波形)為正負(fù)對稱的梯形波,如圖1b所示。從圖中可以看出當(dāng)檢測到不通電相繞組的反電動勢為零時,以此作為起點(diǎn)滯后30&deg;電角度,即為最佳換相時刻。因此只要測出各相反電動勢的過零點(diǎn)就可獲得三相電機(jī)所需的6個關(guān)鍵位置信號,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定子繞組的正確換流。電動機(jī)繞組中性點(diǎn)0一般未引出,直接測定繞組反電動勢相值比較困難,而便于測量的是三相定子繞組對地的端電壓。端電壓過中點(diǎn)(直流電源電壓的一半)與反電動勢過零點(diǎn)在時間上是重合的,所以尋找反電動勢的過零點(diǎn)后30&deg;電角度即相當(dāng)于尋找端電壓的過中點(diǎn)后30&deg;電角度。

          2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

          系統(tǒng)的硬件電路圖如圖2所示,以C8051F330單片機(jī)、逆變橋電路、端電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路等組成。本電路設(shè)計(jì)得非常簡潔,各種元器件都使用小型的貼片封裝,非常適合對成本和體積都比較敏感的微型電機(jī)控制器。



          逆變橋電路中上橋臂為P型MOSFET器件FDS6679,下橋臂為N型MOSFET器件M4410B,均為低電壓驅(qū)動器件。FDS66 79通過一個NPN型三極管驅(qū)動,而M441 0B由C8051F330的P1口直接驅(qū)動(P1口設(shè)置成推挽輸出)。PWM控制模式定為:PWM僅應(yīng)用于半橋的下端MOSFET,同時換流的上端(對角線)MOSFET僅起換相通斷控制。

          電源電壓和電流的檢測:當(dāng)UV相通電,在PWM開通期間檢測U相的端電壓Uu,由于MOSFET的通態(tài)電壓很小(小于0.1V),端電壓uu可以近似看作是電源電壓UD;在下橋臂源極和電源地之間串接采樣電阻,通過P0.4口檢測電阻電壓得到電流值,輸入信號先經(jīng)過內(nèi)部可編程增益放大器放大,再作A/D轉(zhuǎn)換。


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