【正文】 讀 入 位 置 信 號(hào) 計(jì) 算 脈 沖 寬 度 輸 出PWM波顯 示 輸 出圖41 軟件流程圖結(jié)束語(yǔ)本文在廣泛查閱資料，了解無(wú)刷直流電機(jī)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制原理進(jìn)行了的研究，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單電動(dòng)自行車用無(wú)刷直流電機(jī)控制器。還可采用專用控制芯片和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的控制，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。 instead, they are electronically mutated. BLDC motors have many advantages over brushed DC motors and induction motors. A few ofthese are:(1) Better speed versus torque characteristics(2) High dynamic response(3 High efficiency(4) Long operating life(5) Noiseless operation(6) Higher speed rangesIn addition, the ratio of torque delivered to the size of the motor is higher, making it useful in applications where space and weight are critical factors.In this application note, we will discuss in detail the construction, working principle, characteristics and typicalapplications of BLDC motors. Refer to Appendix B: “Glossary” for a glossary of terms monly used when describing BLDC motors.CONSTRUCTION AND OPERATING PRINCIPLEBLDC motors are a type of synchronous motor. This means the magnetic field generated by the stator and the magnetic field generated by the rotor rotate at the same frequency. BLDC motors do not experience the “slip” that is normally seen in induction motorsBLDC motors e in singlephase, 2phase and 3phase configurations. Corresponding to its type, the stator has the same number of windings. Out of these,3phase motors are the most popular and widely application note focuses on 3phase motors.StatorThe stator of a BLDC motor consists of stacked steel laminations with windings placed in the slots that are axially cut along the inner periphery (as shown inFigure3). Traditionally, the stator resembles that of an induction motor。盡管他帶工程實(shí)踐，工作很忙，但他也抽出自己空余的時(shí)間輔導(dǎo)我們，對(duì)我們所問(wèn)的問(wèn)題均一一細(xì)致的解答。主要實(shí)現(xiàn)了如下功能: (1)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，加強(qiáng)了電動(dòng)車的智能控制； (2)安全控制電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)； (3)設(shè)計(jì)了逆變器驅(qū)動(dòng)電路、硬件過(guò)流保護(hù)電路，提高系統(tǒng)的可靠性。三相位置輸入信號(hào)經(jīng)簡(jiǎn)單查表運(yùn)算產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出邏輯。5 電源電壓檢測(cè)電壓檢測(cè)也是在主程序里,電源電壓由于受到負(fù)載的影響, 因此檢測(cè)值需要結(jié)合電源負(fù)載電流情況來(lái)綜合判斷。PWM中斷的發(fā)生與定時(shí)器不同的是:它的發(fā)生不是由于定時(shí)器溢出, 而是由于定時(shí)器TIMER2與PWM周期寄存器PR2值相等。它在計(jì)數(shù)滿后復(fù)位到00h重新開(kāi)始, 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時(shí)間(), 所以將霍爾元件信號(hào)狀態(tài)的檢測(cè)工作放在主程序中即可。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號(hào)的改變?cè)O(shè)置為中斷, 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應(yīng)。這6個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)沒(méi)有明顯的簡(jiǎn)單數(shù)量關(guān)系, 所以要實(shí)現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。限流保護(hù)檢測(cè)是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的電流限定值進(jìn)行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運(yùn)行。第4章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)計(jì) 直流無(wú)刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況該程序在設(shè)計(jì)的過(guò)程中, 首先要上電復(fù)位, 然后初始化時(shí)鐘和中斷源, 再打開(kāi)中斷, 當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時(shí), 將該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后按算法計(jì)算出PWM的占空比輸出PWM波。圖315 LM358引腳功能圖 欠電壓保護(hù)圖316 欠電壓保護(hù)電路圖如圖317所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)RA1（管腳3），由單片機(jī)采入進(jìn)行監(jiān)控。3 過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)電路可以對(duì)MOSFET進(jìn)行保護(hù)，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時(shí)關(guān)閉電機(jī)，避免了MOSFET上通過(guò)大電流燒毀的危險(xiǎn)。對(duì)于永磁無(wú)刷直流電機(jī)多采用后一種方法。同時(shí)。當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)霍爾器件附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)令霍爾器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)被送到控制部分，由控制部分發(fā)出信號(hào)使得定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定子繞組供電，從而產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性相同的磁場(chǎng)，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)體積較小、位置傳感器難以安裝時(shí)或電機(jī)工作在惡劣環(huán)境中以致于位置傳感器工作的可靠性難以保證時(shí)，這種無(wú)位置傳感器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電機(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使其不斷導(dǎo)通和截至，其輸出信號(hào)反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過(guò)放大后去驅(qū)動(dòng)逆變器開(kāi)關(guān)管。由于這種傳感器過(guò)于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號(hào)即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號(hào)放大處理后便可驅(qū)動(dòng)逆變器工作。電角度。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。其種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開(kāi)關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。1 在無(wú)刷直流動(dòng)機(jī)中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無(wú)刷直流電機(jī)的關(guān)鍵部件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場(chǎng)的測(cè)量和控制。 GAL有如下優(yōu)點(diǎn)：　　，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過(guò)100次；　　，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片GAL器件可以實(shí)現(xiàn)各種組態(tài)的PAL器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便；　　，保護(hù)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)；　　——即電子標(biāo)簽的功能。 CLEAR ：同步清除輸入端（高電平有效）A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。它的特點(diǎn)是可靠性高，但價(jià)格昂貴。因此電動(dòng)自行車閘把上應(yīng)該有閘把位置傳感元件，在捏制動(dòng)把時(shí)，將制動(dòng)信號(hào)傳給控制器，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。圖35 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路如圖36所示，與單片機(jī)1腳外接圖36 復(fù)位電路圖 人機(jī)接口電路 轉(zhuǎn)把和剎車1 轉(zhuǎn)把圖37 轉(zhuǎn)把圖調(diào)速轉(zhuǎn)把是利用線性霍爾元件實(shí)現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場(chǎng)的線性變化而改變，將此電壓輸入給控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。CCP(捕捉輸入/比較輸出//PWM輸出)模塊是PIC16F72芯片的重要組成部分，它有3種工作方式:捕捉方式、輸出比較方式和脈寬調(diào)制方式。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 上電定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立有1路捕捉輸入/比較輸出/PWM輸出(CCP) 高驅(qū)動(dòng)電流，I/O腳可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管(LED)顯示每個(gè)I/O引腳最大灌電流25mA。轉(zhuǎn)把復(fù)位信號(hào)：由單片機(jī)的第4腳讀入剎車信號(hào)：剎車信號(hào)由單片機(jī)的第5腳讀入。 PIC16F72單片機(jī)管腳排列及功能定義圖35 PIC16F72單片機(jī)管腳圖（1）MCLR:清除（復(fù)位）輸入。(6)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) PIC系列單片機(jī)I/O端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)2025mA的負(fù)載，既能夠高電平直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED、光電耦合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅(qū)動(dòng)，這樣可以大大簡(jiǎn)化控制電路。RISC技術(shù)并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是著眼于如何改善計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，更加簡(jiǎn)單合理地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。PIC系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn):(1)單片機(jī)種類豐富PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。PIC單片機(jī)以其獨(dú)特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，逐漸被廣大工程設(shè)計(jì)人員接受Microchip公司是一家集開(kāi)發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的專業(yè)單片機(jī)芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，具有很強(qiáng)的技術(shù)特色。電子產(chǎn)品的安全性是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)的安全性必須達(dá)到系統(tǒng)要求。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)分析，8位單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。 自舉電路原理圖33 驅(qū)動(dòng)電路以一相為例，如圖33所示，當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時(shí)，IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容C8充電，三極管C極電壓近似等于電源正極電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時(shí)，隔離二極管D2截止，自居電容C8儲(chǔ)存的電荷給三極管C極供電，IR211HO為高，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)MOSFET管柵極，使上管保持導(dǎo)通。低端延時(shí)電路可簡(jiǎn)化控制脈沖定時(shí)要求，兩路輸出的傳播延時(shí)匹配的。當(dāng)VDD低于欠電壓閥值時(shí)，欠電壓UV檢測(cè)電路關(guān)閉兩路輸出。高端輸出HO和低端基準(zhǔn)輸出LO分別以浮置電位VBS和固定電位Vcc為基準(zhǔn)。IR2110 浮置電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達(dá)500 V ,工作頻率可達(dá)到500 kHz。 逆變開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) IR2110功能介紹(1) IR2110的特點(diǎn)有：輸出驅(qū)動(dòng)隔離電壓可達(dá)500V；芯片自身的門輸入驅(qū)動(dòng)范圍為10~20V；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實(shí)現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動(dòng)輸出，可驅(qū)動(dòng)高壓高頻器件，如IGBT、功率MOSFET等，且工作頻率高可達(dá)500KHz ，開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；邏輯電源的輸入范圍（腳9）5~15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配。GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低 近年來(lái)由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號(hào)處理的場(chǎng)合上，也有越來(lái)越多類比訊號(hào)處理的積體電路可以用MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)。第3章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)硬件設(shè)計(jì) 逆變主電路設(shè)計(jì) 功率開(kāi)關(guān)主電路圖31 功率開(kāi)關(guān)主電路原理圖逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機(jī)供電。（2）功率驅(qū)動(dòng)單元主要包括功率開(kāi)關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器的控制方法主要有反電勢(shì)法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測(cè)法、脈沖檢測(cè)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。近幾年，國(guó)外一些大公司紛紛推出較MCU性能更加優(yōu)越的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片電機(jī)控制器，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C24系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，都是由一個(gè)以DSP為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)，使體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。其主要作用是在保證電動(dòng)自行車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池，以及降低電動(dòng)自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度。電機(jī)控制器是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能:對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各種控制信號(hào)。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案:一種采用專用集成電路。（3）對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置運(yùn)行方式給予高度重視。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機(jī)本體定子或端蓋上，以檢測(cè)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。橋式主電路所用的開(kāi)關(guān)管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動(dòng)機(jī)的逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比普通直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。與普通直流電動(dòng)機(jī)不同，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組是斷續(xù)通電的。2．逆變器 目前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器主開(kāi)關(guān)一般