【正文】 讀 入 位 置 信 號 計 算 脈 沖 寬 度 輸 出PWM波顯 示 輸 出圖41 軟件流程圖結束語本文在廣泛查閱資料，了解無刷直流電機特性的基礎上，對無刷直流電機的控制原理進行了的研究，設計了一款簡單電動自行車用無刷直流電機控制器。還可采用專用控制芯片和單片機相結合的方式實現(xiàn)無刷直流電機的控制，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。盡管他帶工程實踐，工作很忙，但他也抽出自己空余的時間輔導我們，對我們所問的問題均一一細致的解答。主要實現(xiàn)了如下功能: (1)采用PIC16F72單片機作為主控芯片，加強了電動車的智能控制； (2)安全控制電機系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護、過流保護； (3)設計了逆變器驅(qū)動電路、硬件過流保護電路，提高系統(tǒng)的可靠性。三相位置輸入信號經(jīng)簡單查表運算產(chǎn)生對應的輸出邏輯。5 電源電壓檢測電壓檢測也是在主程序里,電源電壓由于受到負載的影響, 因此檢測值需要結合電源負載電流情況來綜合判斷。PWM中斷的發(fā)生與定時器不同的是:它的發(fā)生不是由于定時器溢出, 而是由于定時器TIMER2與PWM周期寄存器PR2值相等。它在計數(shù)滿后復位到00h重新開始, 同時產(chǎn)生一個中斷信號。這個時間遠遠大于單片機主程序循環(huán)一周需要的時間(), 所以將霍爾元件信號狀態(tài)的檢測工作放在主程序中即可。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號的改變設置為中斷, 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應。這6個狀態(tài)對應沒有明顯的簡單數(shù)量關系, 所以要實現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。限流保護檢測是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后與設定的電流限定值進行比較, 若高于最高限定值, 則關閉輸出, 反之, 則正常運行。第4章 無刷直流電動機軟件設計 直流無刷電機控制器程序的設計概況該程序在設計的過程中, 首先要上電復位, 然后初始化時鐘和中斷源, 再打開中斷, 當檢測到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時, 將該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后按算法計算出PWM的占空比輸出PWM波。圖315 LM358引腳功能圖 欠電壓保護圖316 欠電壓保護電路圖如圖317所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機RA1（管腳3），由單片機采入進行監(jiān)控。3 過流保護過流保護電路可以對MOSFET進行保護，將最大電流控制在設定范圍內(nèi)，當達到閥值時關閉電機，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險。對于永磁無刷直流電機多采用后一種方法。同時。當無刷直流電機的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令霍爾器件輸出一個電壓信號，該信號被送到控制部分，由控制部分發(fā)出信號使得定子繞組供電電路導通，給相應的定子繞組供電，從而產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場極性相同的磁場，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當電機體積較小、位置傳感器難以安裝時或電機工作在惡劣環(huán)境中以致于位置傳感器工作的可靠性難以保證時，這種無位置傳感器的永磁無刷直流電機更顯示出其獨特的優(yōu)越性。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當遮光盤隨電機轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使其不斷導通和截至，其輸出信號反應了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動逆變器開關管。由于這種傳感器過于笨重復雜，因而大大限制了其在普通條件下的應用。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導磁襯套組成。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即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作。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、接近開關式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。1 在無刷直流動機中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無刷直流電機的關鍵部件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場的測量和控制。 GAL有如下優(yōu)點：　　，克服了采用熔斷絲技術只能一次編程的缺點，其可改寫的次數(shù)超過100次；　　，用戶可根據(jù)需要進行組態(tài)，一片GAL器件可以實現(xiàn)各種組態(tài)的PAL器件輸出結構的邏輯功能，給電路設計帶來極大的方便；　　，保護了知識產(chǎn)權；　　——即電子標簽的功能。 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)。它的特點是可靠性高，但價格昂貴。因此電動自行車閘把上應該有閘把位置傳感元件，在捏制動把時，將制動信號傳給控制器，電路根據(jù)預設程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。圖35 時鐘電路圖 復位電路如圖36所示，與單片機1腳外接圖36 復位電路圖 人機接口電路 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現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場的線性變化而改變，將此電壓輸入給控制器，實現(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)動電流，I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管(LED)顯示每個I/O引腳最大灌電流25mA。轉(zhuǎn)把復位信號：由單片機的第4腳讀入剎車信號：剎車信號由單片機的第5腳讀入。 PIC16F72單片機管腳排列及功能定義圖35 PIC16F72單片機管腳圖（1）MCLR:清除（復位）輸入。(6)驅(qū)動能力強 PIC系列單片機I/O端口驅(qū)動負載的能力較強，每個輸出引腳可以驅(qū)動多達2025mA的負載，既能夠高電平直接驅(qū)動發(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，這樣可以大大簡化控制電路。RISC技術并非只是簡單地去減少指令，而是著眼于如何改善計算機的結構，更加簡單合理地提高計算機的運算速度。PIC系列單片機具有如下特點:(1)單片機種類豐富PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。PIC單片機以其獨特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設計，逐漸被廣大工程設計人員接受Microchip公司是一家集開發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的專業(yè)單片機芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應用系統(tǒng)設計的思路，具有很強的技術特色。電子產(chǎn)品的安全性是一個非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機的安全性必須達到系統(tǒng)要求。通過對該系統(tǒng)分析，8位單片機可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。 自舉電路原理圖33 驅(qū)動電路以一相為例，如圖33所示，當下管導通上管截止時，IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導通，自舉電容C8充電，三極管C極電壓近似等于電源正極電壓；當下管截止上管導通時，隔離二極管D2截止，自居電容C8儲存的電荷給三極管C極供電，IR211HO為高，三極管導通，驅(qū)動MOSFET管柵極，使上管保持導通。低端延時電路可簡化控制脈沖定時要求，兩路輸出的傳播延時匹配的。當VDD低于欠電壓閥值時，欠電壓UV檢測電路關閉兩路輸出。高端輸出HO和低端基準輸出LO分別以浮置電位VBS和固定電位Vcc為基準。IR2110 浮置電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達500 V ,工作頻率可達到500 kHz。 逆變開關管驅(qū)動電路設計 IR2110功能介紹(1) IR2110的特點有：輸出驅(qū)動隔離電壓可達500V；芯片自身的門輸入驅(qū)動范圍為10~20V；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動輸出，可驅(qū)動高壓高頻器件，如IGBT、功率MOSFET等，且工作頻率高可達500KHz ，開通、關斷延遲小，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，適用于大功率場合，具有電導調(diào)制效應，其通流能力很強電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜，開關頻率低 近年來由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號處理的場合上，也有越來越多類比訊號處理的積體電路可以用MOSFET來實現(xiàn)。第3章 無刷直流電動機硬件設計 逆變主電路設計 功率開關主電路圖31 功率開關主電路原理圖逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機供電。（2）功率驅(qū)動單元主要包括功率開關器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。當前，國內(nèi)外對無刷直流電機無位置傳感器的控制方法主要有反電勢法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測法、脈沖檢測法神經(jīng)網(wǎng)絡控制法等。近幾年，國外一些大公司紛紛推出較MCU性能更加優(yōu)越的DSP(數(shù)字信號處理器)芯片電機控制器，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C24系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，都是由一個以DSP為基礎的內(nèi)核，配以電機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，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下，提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池，以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能:對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號。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）對電動機進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。因此，國內(nèi)外對無刷直流電動機的無位置運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)子與電機本體同軸，以跟蹤電機本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。橋式主電路所用的開關管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動機的逆變器結構復雜，成本也高。無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動大。與普通直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。2．逆變器 目前，無刷直流電動機的逆變器主開關一般