直流无刷电机转速控制电路设计-(1)教学内容.ppt

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1、直流无刷电机转速控制电路设计-(1)研究背景和意研究背景和意义 一一个个多多世世纪以以来来，电机机作作为电能能量量转换装装置置，其其应用用范范围已已遍遍及及国国民民经济的的各各个个领域域以以及及人人们的的日日常常生生活活中中。电机机的的主主要要类型型有有同同步步电机机、异异步步电机机与与直直流流电机机三三种种。直直流流电机机具具有有运运行行效效率率高高和和调速速性性能能好好等等诸多多优点点，因因此此被被广广泛泛应用用于于各各种种调速速系系统中中，但但传统的的有有刷刷直直流流电机机均均以以机机械械换相相方方法法进行行换相相，存存在在相相对的的机机械械摩摩擦擦，因因此此带来来噪噪声声、火火花花、无

2、无线电干干扰及及寿寿命命等等致致命命弱弱点点，从从而而大大大大地地限限制制了了它它的的应用用范范围。而而相相比比有有刷刷直直流流电机机，无无刷刷直直流流电机机的的结构构是是以以电力力电子子电路路取取代代传统有有刷刷直直流流电机机的的电刷刷，故故其其既既具具有有有有刷刷直直流流电机机运运行行效效率率高高、运运行行性性能能好好等等优点点，又又具具有有交交流流电机机运运行行结构构简单、运运行行可可靠靠、维护方方便便等等优点点。目目前前，随随着着半半导体体技技术的的快快速速进步步与与永永磁磁材材料料的的新新发现，高高性性能能、低低成成本本的的永永磁磁无无刷刷直直流流电机机已已成成为调速速领域域的的领军

3、力力量量，它它具具有有巨巨大大的的开开发潜潜质和广和广阔的的应用前景。用前景。研究内容研究内容u针对小功率直流无刷小功率直流无刷电机的控制机的控制要求，要求，设计以嵌入式以嵌入式处理器理器为核心核心的的驱动控制系控制系统，要求能，要求能够对电机机的的转速速进行控制，并能行控制，并能够将将实时转速通速通过显示装置示装置显示。示。u要求充分了解要求充分了解PWM控制控制电机的原机的原理、嵌入式理、嵌入式处理器原理以及相关接理器原理以及相关接口及供口及供电技技术，掌握数，掌握数码显示原理示原理及接口及接口设计。无刷直流无刷直流电机的机的结构和工作原理构和工作原理 永磁无刷直流永磁无刷直流电动机机(B

4、rushless DC Motor,BLDC)是一种典型是一种典型的机的机电一体化一体化产品，它是由品，它是由电动机本体、逆机本体、逆变器、位置器、位置检测器和控制器器和控制器组成的自同步成的自同步电动机系机系统，其，其结构原理构原理图如如图所所示。位置示。位置检测器器检测转子位置子位置信号，控制器信号，控制器对转子位置信号子位置信号进行行逻辑处理并理并产生相生相应的开的开关信号，开关信号以一定的关信号，开关信号以一定的顺序触序触发逆逆变器中的功率开关器器中的功率开关器件，将件，将电源功率以一定的源功率以一定的逻辑关系分配关系分配给定子各相定子各相绕组，使，使电动机机产生持生持续不断的不断的转

5、矩。矩。无刷直流电机组成框图 直流无刷电动机电动机本体位置传感器电子开关线路路主定子主转子传感器转子传感器定子功率逻辑开关位置信号处理电机本体 永磁无刷直流电动机转子结构型式 永磁无刷直流电动机的转子利用永磁体形成主磁极，常见的转子结构如图所示。面贴式结构是在铁心外面粘贴上瓦片形永磁体，具有结构简单制造成本低的特点，但在高速时永磁体易被离心力甩出，所以多用于低速电机。具有这种转子的电机称为面贴式电机(Surface-mounted Permanent Magnet Machine,SMPM)。除了上述基本结构外，还有一种外转子式结构，即带有永磁极的转子在外面，嵌有绕组的定子在里面。电机运行时，

6、外转子旋转。这种结构主要用于电动车的驱动。无刷直流无刷直流电动机的基本工作原机的基本工作原理理 u永磁无刷直流永磁无刷直流电机最常用的主机最常用的主电路路为星形星形连接三相接三相桥式主式主电路，路，这种种电路主要有两种路主要有两种导通方式：二通方式：二二二导通方式和三三通方式和三三导通方式。通方式。u二二二二导通方式是指每一瞬通方式是指每一瞬间有有两个功率管两个功率管导通，每隔通，每隔1/6周期（周期（60电角度）角度）换相一次，每次相一次，每次换相一个相一个功率管，功率管，桥臂之臂之间左右互左右互换，每个，每个功率管功率管导通通120电角度。角度。u三三三三导通方式是在任一瞬通方式是在任一瞬

7、间使使三个开关管同三个开关管同时导通，同通，同样每隔每隔60电角度角度换相一次，每次相一次，每次换相一个功相一个功率管，但率管，但换相相发生在同一生在同一桥臂上下臂上下管之管之间，因而每个功率管，因而每个功率管导通通180电角度。角度。永磁无刷直流电动机工作原理示意图 无刷直流无刷直流电动机开关管机开关管导通通顺序序 通通过检测定定子子绕组未未导通通相相的的反反电势过零零点点来来确确定定转子子的的位位置置，以以便便发出出相相应的的切切换信信号号。主主电路路为三三相相桥式式全全控控星星形形连接接的的无无刷刷直直流流电动机机的的等等效效电路路，在在二二二二导通通方方式式下下，各各导通通管管脚脚、绕

8、组电流流及及反反电势波波形形如如图所所示示。在在图中中我我们看看到到，功功率率管管的的切切换发生生在在反反电势过零零后后延延迟30的的地地方方。因因此此，只只要要检测出出了了反反电势过零零点点，就就能能正正确确进行行功功率管的切率管的切换。永磁无刷直流电动机开关管导通顺序 本本设计采采用用高高压侧功功率率管管调制制方方式式，而而低低压侧只只是是在在电机机换相相时导通通或或关关断断，不不导通通相相得得反反电动势可可以以在在PWM高高电平平和和相相电流流续流流阶段段中中被被检测出出来来。如如图所所示示，在在一一个个PWM调制制周周期期中中，当当PWM信信号号为低低电平平相相电流流处于于续流流状状态

9、时，高高压侧功功率率管管SW1关关断断，相相电流流经由由功功率率管管中中集集成成的的续流流二二极极管管VD1，在在A相相和和B相相绕组中中续流流。在在这个个续流流阶段段中中，不不导通通相相端端电压同同样可以可以检测出反出反电动势的的过零点。零点。BLDC反电势过零点检测方法 BLDC运行时三相端电压电路 图中中所所示示为所所设计的的无无位位置置传感感器器控控制制系系统总体体结构构。其其中中，经限限幅幅电路路输出出的的三三个个反反电动势信信号号经过过零零比比较器器，输入入到到控控制制器器中中，由由控控制制器器判判断断出出过零零点点，进过DSP内内部部控控制制算算法法后后输出出6路路PWM信信号号

10、给三三相相逆逆变桥，对无无刷刷直直流流电机机进行行换相相和和调速速，从从而而可可以以进行行相相应的的换相控制。相控制。无位置传感器控制系统总体结构 系系统框框图 一一个个典典型型的的 DSP 最最小小系系统如如图所所示示，包包括括DSP芯芯片片、电源源电路路、复复位位电路路、时钟电路路及及J TA G接接口口电路路。考考虑到到与与 PC 通通信信的的需需要要，最最小小系系统一一般般还需增添串口通信需增添串口通信电路路。DSPTMS320F2812复位JATG电路电源电路串口通信时钟电路 电源源电路和复位路和复位电路路DSP系系统一一般般都都采采用用多多电源源系系统,电源源及及复复位位电路路的的

11、设计对于于系系统性性能能有有重重要要影影响响。TMS320F2812 是是一一个个较低低功功耗耗芯芯片片,核核电压为 1.8V,IO 电压为 3.3V。本本文文采采用用 TI 公公司司的的 TPS767D318 电源源芯芯片片。该芯芯片片属属于于线性性降降压型型 DC/DC 变换芯芯片片,可可以以由由 5V 电源源同同时产生生两两种种不不同同的的电压(3.3V、1.8V 或或 2.5V),其其 最最 大大 输 出出 电 流流 为1000mA,可可以以同同时满足足一一片片 DSP 芯芯片片和和少少量量外外围电路路的的供供电需需要要,该芯芯片片自自带电源源监控控及及复复位位管管理理功功能能,可可以

12、以方方便便地地实现电源源及及复位复位电路路设计。复位。复位电路原理路原理图如如图所示。所示。本本设计采采用用的的是是内内部部振振荡器器，在在 X1/XCLKIN 和和 X2 两两个个引引脚脚之之间连接接一一个个石石英英晶晶体体。晶晶体体电路路如如图所所示。示。JATG接接口口用用于于上上位位机机与与目目标板板之之间相相互互传输数数据据和和信信息息，通通过JATG接接口口可可以以将将程程序序下下载到到DSP的的程程序序存存储器中如器中如图所示所示。时钟电路 JATG接口电路 时钟电路 和JATG接口电路 如如图所所示示，为6路路PWM信信号号脉脉冲冲驱动电路路。该电路路有有一一块IR2130芯芯

13、片片所所组成成，IR2130工工作作时，从从脉脉冲冲形形成成部部分分输出出的的6路路脉脉冲冲信信号号，经3个个输入入信信号号处理理器器，按按真真值表表处理理后后，变为6路路输出出脉脉冲冲，其其对应的的驱动3路路低低电压侧功功率率MOS管管的的信信号号，经3路路输出出驱动器器放放大大后后，直直接接送送往往被被驱动功功率率MOS器器件件的的栅源源级。而而另另外外3路路高高压侧驱动信信号号H1H3先先经集集成成于于IR2130内内部部的的3个个脉脉冲冲处理理和和电平平移移位位器器中中的的自自举电路路进行行电位位变换，变为3路路电位位悬浮浮的的驱动脉脉冲冲，再再经过对应的的3路路输出出锁存存器器锁存存，并并经严格格的的驱动脉脉冲冲欠欠压与与否否检测后后，送送到到输出出驱动器器进行行功功率率放放大大，最最后后才才被被加加到到驱动的的功功率率MOS期期间的的栅源源极极。这6路路脉脉冲冲输出出后后，就就可可以以加加载到到IGBT模模块进行行三三相相电路路换相相操作。操作。驱动电路 位置检测和计算程序流程图 开始初始定位功率管初始化过零点？确定换相时刻速度计算和调节占空比结束功率管导通YN此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢