基于雙單片機(jī)通信的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)

2 驅(qū)動電路

絕緣柵極雙極型晶體管IGBT的柵極驅(qū)動電壓一般為15V±10%，而關(guān)斷負(fù)偏置電壓為5～6V。因此選用TLP250驅(qū)動IGBT，電路如圖3所示。 TLP250內(nèi)部是光電耦合的，實(shí)現(xiàn)將控制電路與主電路隔離。當(dāng)3腳接收到一個(gè)低電平時(shí)，VGE輸出近似為15V，可以驅(qū)動IGBT使其導(dǎo)通；相反，當(dāng)3 腳接收到一個(gè)高電平時(shí)，VGE輸出近似為-5V，使IGBT截止。六只TLP250隨著輸入電平變化，可以很好地控制IGBT的開斷，從而實(shí)現(xiàn)換相。

3 保護(hù)電路

3.1 起動時(shí)的限流保護(hù)電路

電動機(jī)起動時(shí)，由于轉(zhuǎn)速較低，故轉(zhuǎn)子磁通切割定子繞組所產(chǎn)生的反電勢很小，因而可能產(chǎn)生過大的電流I。通常要加過流保護(hù)電路。主回路中通過電動機(jī)的電流最終通過電阻Rf接地。因此，Uf=Rf·IM，其大小正比于電動機(jī)的電流IM，Uf通過10kΩ電阻與電壓比較器LM324反相輸入端相連。當(dāng)Uf大于LM324正相輸入端給定電壓U0時(shí)，LM324輸出低電平。使發(fā)光二極管導(dǎo)通，則三極管C端輸出低電平。由于C端與三輸入與非門74LS10相連，不論另外兩輸入如何，其輸出必為高電平，因而從TLP250輸出-5V，同時(shí)關(guān)斷了Q2、Q4、Q6三只 IGBT，即切斷子主電路。當(dāng)UfU0時(shí)，LM324輸出高電平，這時(shí)它不起任何作用，電機(jī)正常換相。

3.2 運(yùn)行時(shí)的邏輯保護(hù)電路

為防止單片機(jī)系統(tǒng)受環(huán)境干擾或執(zhí)行程序時(shí)出錯，在單片機(jī)輸出端加了一個(gè)邏輯保護(hù)電路，其電路如圖5所示。假定起動電流不超過最大電流，則輸入C不起任何作用，輸出只受P10～P15控制。按照所設(shè)計(jì)的橋式電路，要求Q1與Q4、Q2與Q5、Q3與Q6不能同時(shí)導(dǎo)通，否則通過IGBT的電流過大，導(dǎo)致過流損壞。根據(jù)電路的邏輯關(guān)系，當(dāng)P10P13、P11P14、P12P15出錯，都輸出低電平，或者P0口輸出均為低電平（高電平），Q1Q4、Q2Q5、 Q3Q6沒有同時(shí)導(dǎo)通，很好地保護(hù)了電路。

4 測速電路

如果要對直流無刷電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，首先要對它的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確測量。筆者利用轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速。將傳感器輸出端接到單片機(jī)的P15口，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，單片機(jī)不斷的接收到高低電平。當(dāng)單片機(jī)檢測到一個(gè)下跳沿時(shí)開始啟動定時(shí)器T1工作，直到接收到下一個(gè)相鄰的下跳沿時(shí)為止。相繼兩個(gè)高電平之間的時(shí)間與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，可以測量出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

5 雙單片機(jī)控制電路

5.1 設(shè)計(jì)原理

在本設(shè)計(jì)方案中，用單片機(jī)來控制無刷直流電機(jī)的起動、換相、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)及停車。在設(shè)計(jì)中，由于程序在測量轉(zhuǎn)速時(shí)，有一個(gè)等待延時(shí)時(shí)間，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)速較低，則傳感器傳輸?shù)膬蓚€(gè)高電平間隔較大，則必然影響到電機(jī)換向，使電機(jī)失步而停車。為避免這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)使用了兩片89C52單片機(jī)，其中一塊為主單片機(jī)，一塊為從單片機(jī)。從單片機(jī)主要負(fù)責(zé)控制電動機(jī)的換相時(shí)機(jī)。當(dāng)從單片機(jī)接收到轉(zhuǎn)子位置檢測電路的轉(zhuǎn)子位置信息后，由其P1口向邏輯保護(hù)電路發(fā)出兩路信號，邏輯保護(hù)電路將接收到的信號反相后傳輸給六只IGBT的柵極驅(qū)動電路，從而控制定子繞組的換相時(shí)機(jī)。主單片機(jī)負(fù)責(zé)測量轉(zhuǎn)速，并將測到的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速比較，將比較結(jié)果通過串行口TXD傳送到從單片機(jī)。從單片機(jī)接收到信息后，在換相時(shí)機(jī)不變的前提下，改變定子國繞組電流通電時(shí)間，從而達(dá)到調(diào)整的目的。單片機(jī)接法如圖6所示。