單片機(jī)SH79F168在航模無刷電調(diào)中的應(yīng)用

3.1 反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)

在PWM輸出高期間，假設(shè)斷開相繞組端電壓為 ，反電動(dòng)勢(shì)為 ，供電電壓為 ，則三者之間有如下關(guān)系：

SH79F168提供PWM周期中斷和占空比中斷。當(dāng)周期中斷發(fā)生時(shí)不斷檢測(cè)斷開相的端電壓，并與 比較，直到檢測(cè)到過零點(diǎn)或者PWM輸出低(根據(jù)PWM占空比中斷標(biāo)志位判斷)，即可實(shí)現(xiàn)在PWM輸出高期間的反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)。每次換相后就切換到另一個(gè)通道，檢測(cè)下一個(gè)斷開相的端電壓，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

需要注意是剛換相后的一段時(shí)間內(nèi)，由于MOS管的續(xù)流，斷開相繞組的電壓會(huì)出現(xiàn)尖峰。為了準(zhǔn)確檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)，可以選擇在剛換相的一到兩個(gè)PWM周期內(nèi)不進(jìn)行采樣，避開尖峰電壓。

3.2 起動(dòng)算法

BLDC電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)速正相關(guān)，在起動(dòng)和低速運(yùn)行階段，電機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)為零或很小，因此往往需要經(jīng)過一段強(qiáng)制加速，使反電動(dòng)勢(shì)上升到能夠檢測(cè)過零點(diǎn)的水平。

航模電機(jī)一般在較低速時(shí)即會(huì)產(chǎn)生比較明顯的反電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)特點(diǎn)為起動(dòng)提供了很大的便利。先給電機(jī)任意兩相通電，使電機(jī)獲得一個(gè)初速度，這時(shí)檢測(cè)斷開相電壓并等待其發(fā)生過零。若檢測(cè)到過零點(diǎn)則換相，若經(jīng)過較長一段時(shí)間還沒有檢測(cè)到過零則強(qiáng)制換相，重復(fù)這個(gè)過程直至電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。這種起動(dòng)方式，不但實(shí)現(xiàn)簡單，而且穩(wěn)定可靠。

3.3 換相計(jì)算

一般在用反電動(dòng)勢(shì)法進(jìn)行BLDC控制的時(shí)候，需要對(duì)每兩次換相的間隔時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，得到60°電角度時(shí)間，然后除以2作為檢測(cè)到過零點(diǎn)后30°延時(shí)的定時(shí)值。這就需要用到兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)用作計(jì)數(shù)器對(duì)每兩次換相的間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)，另一個(gè)用作定時(shí)器實(shí)現(xiàn)30°延時(shí)。本方案中為了節(jié)省timer資源，用一個(gè)timer同時(shí)完成兩項(xiàng)功能。

在每次換相后，檢測(cè)到該通電狀態(tài)下的過零點(diǎn)之間，timer0用作計(jì)數(shù)器;在檢測(cè)到過零點(diǎn)之后，之前的計(jì)數(shù)值即為30°電角度，將其作為定時(shí)值裝入timer0，timer0用作定時(shí)器開始定時(shí)。定時(shí)時(shí)間到后，在timer0中斷中進(jìn)行換相。然后timer0又用作計(jì)數(shù)器，如此循環(huán)。正常情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，每次換相到檢測(cè)到過零點(diǎn)之間的時(shí)間很短，timer0在計(jì)數(shù)模式下不會(huì)發(fā)生中斷。若timer0在計(jì)數(shù)模式時(shí)發(fā)生中斷，必然是計(jì)數(shù)溢出，說明電機(jī)經(jīng)過較長的時(shí)間還沒有檢測(cè)到過零點(diǎn)，而這可以作為電機(jī)堵轉(zhuǎn)的標(biāo)志。根據(jù)實(shí)際情況，可對(duì)timer0在計(jì)數(shù)模式下連續(xù)發(fā)生中斷的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，超過一定值即認(rèn)為發(fā)生堵轉(zhuǎn)。這樣，timer0還實(shí)現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)保護(hù)的功能。

4 系統(tǒng)測(cè)試及總結(jié)

圖4~6分別為PWM占空比約為20%、50%和100%時(shí),在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中用示波器捕捉到的各相電壓和過零點(diǎn)位置波形。

圖 4 PWM占空比為20%

圖 5 PWM占空比為50%

圖 6 PWM占空比為100%

各圖中最上方的方波中每個(gè)高低翻轉(zhuǎn)的位置即對(duì)應(yīng)程序中檢測(cè)到過零點(diǎn)的時(shí)刻，下面三個(gè)梯形波分別為A、B、C三相的端電壓。由圖中可以看出PWM占空比越高時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行越穩(wěn)定。本系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試在PWM占空比低至8%時(shí)還能穩(wěn)定運(yùn)行。

采用本方案的航模電調(diào)通過廠家的各項(xiàng)測(cè)試，性能良好，穩(wěn)定可靠，且節(jié)省了成本。目前已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。