無傳感器BLDC驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、    無傳感器BLDC驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte近年來，國內(nèi)市場上電動車使用的電機(jī)主要有三種：有刷電機(jī)、有位置傳感器無刷電機(jī)和無位

2、置傳感器無刷電機(jī)。使用有刷直流電機(jī)容易解決換相問題，但是噪音大，而且碳刷容易磨損或損壞，這會增大維護(hù)、維修難度，增加使用成本；使用有傳感器無刷直流電機(jī)容易確定轉(zhuǎn)子位置，解決換相問題，但卻增大了電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和安裝難度，也增加了成本，并且傳感器容易損壞，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命縮短；無傳感器無刷直流電機(jī)換相雖然在技術(shù)上有難度，但在成本和壽命上更容易滿足消費(fèi)者需求。綜合以上特點(diǎn)，本文討論的方案選擇了性價(jià)比較高的無傳感器無刷直流電機(jī)，以HT46R6?為主控芯片，用反電勢法(back electromotive force)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正常換相，軟硬結(jié)合，使電動車驅(qū)動系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，從而提高產(chǎn)品的可靠性和

3、使用壽命。系統(tǒng)工作原理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由MCU、直流無刷電機(jī)、LCD液晶顯示屏、鍵盤、電源、時(shí)鐘等模塊組成。其中MCU采用臺灣Holtek公司生產(chǎn)的HT46R6?微處理器，以它作為系統(tǒng)核心，連同一些外圍硬件，并配合軟件共同控制直流無刷電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)該驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)良性能。例如通過MCU指令控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、剎車或制動等。根據(jù)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)計(jì)量行程，并以數(shù)字形式呈現(xiàn)在液晶屏上，通過鍵盤操作方便查看行程以及其它系統(tǒng)信息。電源模塊主要用于在不需要顯示時(shí)切斷相應(yīng)部分電路，同時(shí)保存關(guān)鍵信息，以降低系統(tǒng)功耗。 圖1：驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。由圖1可以看出，本驅(qū)動控制器的主要功能大致分

4、為三個(gè)部分：電機(jī)部分、行程計(jì)量以及LCD顯示，本文主要圍繞無傳感器電機(jī)的換相問題展開。1. 反電勢換相原理霍爾傳感器在電機(jī)中使用廣泛，帶位置傳感器直流無刷電機(jī)就是靠霍爾傳感器來確定轉(zhuǎn)子位置，以使定子各相繞組順序?qū)▽?shí)現(xiàn)換相；而無傳感器直流無刷機(jī)則是利用電子線路代替位置傳感器(圖2)，通過檢測電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的反電勢過零點(diǎn)來確定轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)換相，下面以星形繞組為例進(jìn)一步說明。 圖2：用電子線路代替?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)框圖。電機(jī)在運(yùn)行過程中要經(jīng)過6次換相，每次換相時(shí)總有一相繞組未通電，此時(shí)可以在該相繞組端口檢測到繞組產(chǎn)生的反電勢，反電勢在60°電角度內(nèi)是連續(xù)的。由于電機(jī)的規(guī)格、制造

5、工藝有差異，導(dǎo)致相同電角度的反電勢值不同，如果要通過檢測反電勢的數(shù)值來確定轉(zhuǎn)子位置，難度非常大，因此必須找到該反電勢與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系，才能確定轉(zhuǎn)子位置。由圖3可知，反電勢在60°的電角度過程中總有一次經(jīng)過坐標(biāo)橫軸(過零點(diǎn))，而此處的電角度和下一次換相點(diǎn)的電角度正好相差30°，故可通過檢測反電勢過零點(diǎn)，再延時(shí)30°換相。本設(shè)計(jì)是從被檢測相斷電開始計(jì)時(shí)等待反電勢過零點(diǎn)，再延時(shí)等待相應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)換相。 圖3：電機(jī)運(yùn)行時(shí)各相產(chǎn)生的反電勢示意圖。以正向反電勢檢測為例，假設(shè)之前是CB通電，測A相反電勢過零點(diǎn)，有過零點(diǎn)信號后等待相應(yīng)時(shí)間，由139譯碼器開通A+，同時(shí)自

6、動關(guān)閉C+，就轉(zhuǎn)換成了AB通電；再測C相反電勢，用同樣的方法，開通C-，自動關(guān)閉B-，轉(zhuǎn)換成AC通電；再測B相反電勢，開通B+，關(guān)閉A+，轉(zhuǎn)換成BC通電；再測A相反電勢，開通A-，關(guān)閉C-，轉(zhuǎn)換成BA通電；接著測C相反電勢，開通C+，關(guān)閉B+，轉(zhuǎn)換成CA通電；然后測B相反電勢，開通B-，關(guān)閉A-，轉(zhuǎn)換成CB通電。經(jīng)過ABACBCBACACB六次換相實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的連續(xù)正轉(zhuǎn)；同理，反電勢法經(jīng)過CABABCACABCB六次換相可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)反轉(zhuǎn)。2. 反電勢過零方案在無位置傳感器直流無刷電機(jī)模型推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，可以采用圖4所示的方法，對無傳感器直流無刷電機(jī)不導(dǎo)通相繞組產(chǎn)生的反電勢進(jìn)行過零檢測。圖4中的電阻R 起分壓作用，可以看出進(jìn)入比較器LM339正端的A、B、C三相電壓與過零點(diǎn)檢測相(參考相)電壓明顯成兩倍關(guān)系，對于星形電機(jī)繞組，零點(diǎn)是