無刷電機控制器

1、板子外觀100*60mm中等大小。DC 12V輸入，設(shè)計最大電流 10A.（實際沒試過那么大的電機，手頭的電機也就5 6A的樣子）硬件上可以切換有感（HALL）和無感（EMF）兩種模式，外部滑動變阻器調(diào)速 預(yù)留有 PWM俞入、剎車、正反轉(zhuǎn)、 USB和uart等接口。先來說下原理無刷電機其實就是直流電機，和傳統(tǒng)的DC電機是一樣的,只是把有刷的電滑環(huán)變成了電子換向器。因為少了電滑環(huán)的摩擦所以壽命靜音方面有了很大的提升，轉(zhuǎn)速也更erf'Fit qi . KWIJS無涮電調(diào)當然難點就在如何獲取當前轉(zhuǎn)子的位置好換相，所以又分為兩種有感和無感。有感就是在電機端蓋的部位加裝霍爾傳感器分別相隔30度或

2、60度。無感就是靠檢測懸浮相的感應(yīng)電動勢過零點（后面在細講）。當然各有各的優(yōu)缺點，有感在低速萬面好，可以頻繁后停換相。無感的結(jié) 構(gòu)簡單成本低，航模上應(yīng)用居多。先說有感，電源首先被分成了3個繞組U V W這個交流電還是有區(qū)別的。它只是3個h橋按一定的順序?qū)M出來的，本質(zhì)還是直流電。電 機靠hall位置按一定順序換相，轉(zhuǎn)速與電壓電流有關(guān)。這一點切記，不 是換的越快轉(zhuǎn)的越快。（位置決定換相時刻，電壓決定轉(zhuǎn)速）一般調(diào)速就 是調(diào)電壓，6步pwm方式是目前常用的。當然后續(xù)還有foc等更好算法。硬件部分網(wǎng)上基本都是成熟的方案。三相H橋，H橋一般有上臂 mos和下臂mos組成，如果只是簡單的做演示上臂選p

3、mos下臂選nmos控制電路簡單直接用單片機的io就可以驅(qū)動。但是 pmos低內(nèi)阻的價格高。功率上面很難做大。但是上臂用nmos存在一個問題vgs控制電壓大與 vcc 4v以上才能完 全導通。為了簡化電路采用了ir公司出的驅(qū)動ic ,它內(nèi)部有自舉升壓電路。外部僅需一個續(xù)流的二極管及儲能電容即可。f 型 < £r. I HPV-M Cfr" L I1陽3IHferIMrj Lm Vb*- H 甲 KIVCC VlCOM LO 15*Q21.六臂全橋驅(qū)動電路原理有感模式控制相對簡單，3個霍爾傳感器輸出一般都是數(shù)字信號，分壓后直接接單片機ioJ 1CON6|hGND7 X：

4、 L UHALL V禮水J4 7K11ALL LTjkBjkEjkGNTX7NIXjND當然控制方式上也就簡單很多，三個霍爾接中斷輸入，在中斷處理程序中根據(jù)組合狀態(tài)換相，程序上也沒什么復雜的。主程序 一直檢測ad值, 改變pwm占空比，及電流保護等。如下一個典型的換相代碼。 Stm32有兩個高級定時器 timl tim8 可 以輸出4組互補型pwm還可以設(shè)定死區(qū)時間等，使用上非常方便。switch(step)*/case 4: B+ C- /* Next step: Step 2 ConfigurationTIM_CCxCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCx_D

5、isable);TIM_CCxNCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCxN_Disable);123 456 / ft/, Channell corrfIon *7/* Channel2 ccTrfiftution *!T D1_5elCijmpdrel( BLDC_TIMx. B LDC_TIM_PE RICO);Tn1_ccxciitl(EJLDL_! ihx,jr r iM LLx tnsble);/* Chaniel? confiurotion /TTfl_5etCcif(Jare3 (Bl M_TI 旭.BLDC_JTM_PF RTQD* speed_d

6、u ty/1060) .11 M_LC x帆 m (H LDL llPta,r m CL Lnabla):breakjl as* S： /R+ 人ID1112 13141516 17 )8 n202I刀 flMt step： Step 2 Conilgunation TIM CCxCudOLDC TlMx J1H Channel _5PTIM CCx_0i5able);tt njee xfir iwi (e :. i tmj、1mt tnjr 蛾i M a hl a);/* Chanriell tonfiguratlcm ,/tin sp?c-imparpi(Ri nf TiHsiELir _

7、i rn_PFEino,-；rppd_7Eiry/laati);TIMCCxNCmdfB.DC TlrtxjlLH CWnel ifTIM CCxN Jna&le);/* chanrielJ ronfiguratlon 17TIM SrftCompare2(BLDC TIflxtBLX TIM PERIOD);T IMJXKOd ( BI DC_TTMx J WChaiv 電_九 TIM_CC *_En 曲 12):/* LhannelJ configufation *7 break;24 2E26 2/28 237。31況3334光/* Mc?xt 5Top: Step tonlig

8、jrition -TI n_CCxC3id (目 LDC_ TIFfeICh annel2, TI Mp,CCx_Dlz able);nn_rr nn mr(p： dt_t i pu, h_r 打的 物】_ 九 t tmjcx 曲】切；/* Chdmeli Lonfiguration */TIM_ ietc 二 Ep m咋1 f BL DCJ MX d E _t _ I 1上 Pi：m CO + 環(huán) 3“二 Ut y? 1 日即)；TIM_CKfKtnd(B LDCJ 工認 TIH_ChM 醛 1J /I IMJCC kNnable);/, £han"eI2 configu

9、ration */* Channel io"：figuniti&n UTH1_5etCOH)aFe3(0tDC_TIt F&LK_TIM_Pf RTOD)；r IMLCxCTdi m L9C 11c,nM_Cha,1 IH_LCM_bng ble);beak;37 case a： /c+ b-38 394。41424344 454647 4a 和 SD/* Next step: Step 5 Crm+igin*ationT IM_<XxCai(j (B L DC_ TI Kx, TIM _Ch a nnel.1 1, rTM_CCx_J 讓 加 1 m )；r

10、i m_ccto (B i(K_ r I nx. , t lh_c h nt 1_ i j 1 iHCCxNOlSsbie);J* ChnnnpJ configuration *7r Ctianeli ccfrFlgu-ation 吁TIM_5ttComparc2(DLX_TIHx,DLDC_TIH_PERlOD-5pCEd_:uty/103O);TIF1_CCxNCh!r：(fl DC_1 IMhTTHJ'i郎股 1_?,T_Ena'口？匕/* ChanelJ corifigu-ition *7TIM_翹LC 叫小(ELDC_TlMjinE.D£：_TIM PU1O

11、DJ；TIM C£斌udiLDC 門樁，TIM Chanrcl 3tTIM CCx Ensbl);b"edk;52 產(chǎn) Nexr Kep; Step Q configuration -S3TIM.CCMCmdfBLOC TIMxJIM Channel_31TTM Cx.Di sable;MT IH_t C kNC sd B LDC _ T IM*, T IM Chan, TI>1_CC x.K_Di sflb le )；5556 ?/ ChanrtMl configurario*r */57I Ihi 5etCoapdr e 1 ： 6l_DC t IHjc, BLD

12、C_IIM PERIOD),58 TIM CCxCnd(BLEX： TIMxJIH Charnel 1JIM CCx Enable);59，* Channels coniflurotion */bOr lM_SetCMpare2、HL口J11Mx. HLDC TLM PERlOO '&peed duty < 1008);61OM CfxNCffli(BiDf TTM J TMJhan仲 1_? , TTMTmNn而 1 p);62/* CtianrtelSiiMi */63 I isrealc;。6: /A+ £65 f* ne<r «ep; s

13、tep 1 conflguratlofi 66 TIM.CCJtfndifiLDC TIMxJIM.Charnel.：, TIM_Cx Disai)le)；67 UM CCxNCiKl(eLOC_TIHx,TIHraChfinr»el ?pTIM CCKK Oiselllch6869/,tanfi.urat 1,/70TIM_5elCW«rel( BLDC.TIrtx, BLDC_TItt_PERiae )；71nM_CCxCmd(eLK：_TTMxB 口種_由"。虱_1, TIMJXx_E”bleh72./* Canncl2 tqn4lgur自ttm */7Jf

14、* CannelJ c<jnfiguraticwi rt74TIMJMXgDAE引用 DC_TTHk,RI DC_TTW_PFRIOO' (jpeduty/lft6ft);75TlM CtAhCftiJtDLDC TirtsTlH ChdHEkel i.TIM CCxFY Eniiblt);76tw'eak;77 de+ault：/8l IM_LLM_nd(Hldc_ I Lflxi T IM_thanne 1_ 1 j lh Ltx liiaDJe j;79 TlM.axhlCBiKBLDC.TIrtR.lJM.Chanriel.nMmCCjtK.DUabie);30T

15、TM_C CxC»d(6 L DC_TTMx.TIMCha rn e1_ 3,TIM C CxDi s flb1e);81T IMCCxMC ad B LDC _T IMm T IHCh an nel_2, TI M_CC)ch_D £sable) J82 TTM CCMCnd(BLDC TIMx, TIM J： ha hop l_i, TTMCr Di qn W);8 J UM CCX*iC nd 伊 I。jn M, T TH/h M 峰工=九 T”_£ 口心口 KiBl« 儲&4 ； breaki)下圖為uvw三相的霍爾檢測到的電平及w相的波

16、形。下圖為uvw三相波形及 w相霍爾電平下圖為w相電平，w相上臂on下臂pwm , w相霍爾信號。下圖為w相ir2304 芯片輸出，上臂電壓可明顯看到已高于 vcc ,下臂為pwm信號 n ©mV14 N-Nnr在說說無感模式，由于沒有了霍爾，電機無法知道轉(zhuǎn)子當前的位置所以就無法換相，而感應(yīng)電動勢也只有在轉(zhuǎn)起來之后才有，所以無感模式的啟動是個難點。一般方法都是分三段法：1 預(yù)定位 2 啟動 3 進入閉環(huán)反饋正如網(wǎng)友說的江湖一層紙，戳破不值半文錢。1. 預(yù)定為就是強制給某一相通電一段時間，讓電機定位到這個位置。占空比 30-50% 不要太大，可能會發(fā)熱。2. 啟動，就是逐步的強制換相，

17、當然要有個加速的過程，使電機轉(zhuǎn)起來。這個過程太慢會抖動反轉(zhuǎn)，太快會丟步。參數(shù)需要一點點試，有點像控制步進電機。要能使電機轉(zhuǎn)的能產(chǎn)生電動勢，我也是參照的德國MK 電調(diào)的算法。每次延時時間比上一次少1/25 ，形成一個加速的過程，直到電機完全轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生足夠的電動勢。3. 閉環(huán)反饋控制換相跟有感差不多一樣。speed_duty=30; /30% startBLDC_PHASE_CHANGE(StepPhase); / 固定一相Delay_MS(200);speed_duty=pwm;timer = 300;while(1)for(i=0;i<timer; i+)Delay_US(120); /

18、 等待timer-= timer/25+1;if(timer < 25)if(TEST_MANUELL)timer = 25; / 開環(huán)強制換向elsebldc_dev.motor_state=RUN;break; Phase+;Phase %= 6;BLDC_PHASE_CHANGE(StepPhase); 說到感應(yīng)電動勢很多人不明白，先來說說電流，電機線圈的內(nèi)阻通常很小比如0.2歐，電機的電壓比如10v,按理來說電流 100a為何電機不燒哪？其實電機線圈在通電的一瞬間并不是完全導通的，因為有反向電動感 應(yīng)勢的存在，可能有 -9.8v 。 10v-9.8v = 0.2v /0.2 =

19、1A.這樣算起來電流還合理。在說說那個初中學習的法拉第，當線圈切割磁場時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)右手定則。不懂的自行上網(wǎng)搜。右手定則如下圖當ac相在通電12v的情況下，靜止狀態(tài)下正中間中性點理論為6v ,但是轉(zhuǎn)起來就不一定了，因為b相實際是在切割磁場，是會產(chǎn)生電動勢的。而電動勢的大小正負取決與當前在磁場ns極的位置。當切割 ns時為-1 ,切割sn時為1,平行時為0.Ruh BCin Bin Am我們所要做的就是檢測這個懸浮相的電動勢過零點網(wǎng)上常用的兩種方法：1單片機ad采集；2比較器比較。我選擇了Kw4仁利用這一特性不就剛好可以獲得轉(zhuǎn)子的位置嗎?首先檢測電路網(wǎng)上已經(jīng)一大很成熟了如下圖，當然很多

20、時候需要在4.7k對地的電阻上并一個 100nf的電容，做一個低通濾波。也可以在軟件中做濾波處理比較器lm339價格已經(jīng)很便宜了，在高速上比ad有明顯優(yōu)勢，只要比較cin bin ain與n點的壓差即可獲得零點to tl t2 t3 t4 t5 t6圖1-24六種通電情形下各繞組的電流和感生電動勢理想很完美，現(xiàn)實很殘酷，實際中根本得不到這么完美的波形。如下 圖，這個已經(jīng)是比較好的了，還是有很多毛刺。這個給單片機中斷，肯定 一大堆問題，嚴重的換錯相燒 mos管。為什么會有這些毛刺哪，有些還挺有規(guī)律。參考了網(wǎng)上的介紹，這中間還有一個叫消磁的東西litk-LMb原理不深究了，反正時間很短，軟件上做一

21、個濾波消掉就可以了。進入中斷函數(shù)后做如下處理，定時器的中斷我暫時用的20us const unsigned int FilterNums = 0xff;static unsigned int nums =0;static unsigned int Queue_UStatus =0;static unsigned int Queue_VStatus =0;static unsigned int Queue_WStatus =0;static unsigned char EMF_SVal =0;unsigned char Filter_U_Status=0;unsigned char Filter

22、_V_Status=0;unsigned char Filter_W_Status=0;unsigned char EMF_Val=0;unsigned int status_h;unsigned int status_l;unsigned int Delay30deg =0;/*清除中斷標志位*/if ( TIM_GetITStatus(TIM3 , TIM_IT_Update) != RESET ) TIM_ClearITPendingBit(TIM3 , TIM_FLAG_Update);1 2 3 4 5 678QJ01234 5 6 78 9 0123456 7 8 9 o 1Z34

23、567包9017345678 9 口 111 1111112222222 2- 2 2 3 333333J3 4444-<4 4 4-4 5niJT1S4+； "覆棣蟲態(tài)Queue_Ut3tu£= Queije_UStatusQucucVStatus- Qucuc_V5tatus <<L;Qucuc tJStatus* Qucuc kStatus (<1;Qoeue_U5tatU5 卜 EMF_U_5TATU5; /M值 Queue VStatui | = RlF v STATUS,QueueHStatus |= EMF_W_5TATU5iB費檢冽消端漫status h = Queue UStatus &FiLterNums;if(statiis_h -= Filter hums) Hilter_u_status = 1；else i4(statu-;_T = flxfl； Filtpr_U_Status = B; else return;status h - Queue-VStatuj SFilterNurriS；if(EtatU5_h - FlltarN