【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 等。本設(shè)計(jì)中采用高壓集成驅(qū)動(dòng)電路IR2103來驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上下兩個(gè)MOSFET管。使用IR2103可以避免同一橋臂的上下兩管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)該芯片集成了電荷泵，通過選擇合適的外接電容和反向二極管就能夠構(gòu)成自舉電路，很好的用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS管。IR2103的典型連接圖如下：MOS管用于高頻高速電路，大電流場(chǎng)合。用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。利用IR2103外圍自舉電容和反向二極管可以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)NMOS管。IR2103外圍自舉電容和反向二極管的選擇：在IR2103高端部分工作時(shí)，既需要保證在開關(guān)管關(guān)斷過程中自舉電容充電時(shí)間足夠短，又應(yīng)保證在開關(guān)管導(dǎo)通過程中電容電壓下降不大，這就要求自舉電容具有合適的電容量且漏電流要小。反向二極管的選擇則要求在高端打開時(shí)，其反向漏電流必須足夠小，以維持自舉電容兩端的壓差。此處二極管選用塊恢復(fù)二極管FR107，電容選用105uf/32V的無極性電容。IR2103的外形圖及功能框圖：IR2103外形圖IR2103功能框圖IR2103的輸入/輸出時(shí)序圖從時(shí)序圖中可以看出：當(dāng)HIN為高電平時(shí)，輸出端HO為高電平，對(duì)應(yīng)著同一橋臂中上面的功率管導(dǎo)通。當(dāng)LIN為低電平時(shí)，輸出端LO為低電平，對(duì)應(yīng)著同一橋臂中下面的功率管導(dǎo)通。而當(dāng)HIN為高電平，LIN為低電平時(shí)，輸出端HO和LO均為低電平，即不會(huì)出現(xiàn)同一橋臂上下兩管同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象保證了系統(tǒng)的安全性。 位置傳感器的選擇及安放一、位置傳感器的選擇：全橋驅(qū)動(dòng)方式下，電子開關(guān)的換相是根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到的信號(hào)來決定換相導(dǎo)通的。無刷電機(jī)中常用的位置傳感器有以下幾種：電磁式傳感器 光電式傳感器 霍爾式位置傳感器。雖然位置傳感器如何選擇和安放是由制造廠家決定的，但是作為使用者，在設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該知道這方面的一些知識(shí)。目前，無刷電機(jī)內(nèi)部使用較多的位置傳感器是霍爾式位置傳感器。霍爾式位置傳感器是利用“霍爾效應(yīng)”進(jìn)行工作的。利用霍爾式位置傳感器工作的無刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，同時(shí)也是霍爾式傳感器的轉(zhuǎn)子。通過感知轉(zhuǎn)子上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化來辨別轉(zhuǎn)子所處的位置。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)原理如下圖所示：霍爾效應(yīng)原理UH=Rh*I*B/d,其中RH——霍爾系數(shù)；I——通過的電流；B——垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d——導(dǎo)體的厚度。所以利用永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)，對(duì)霍爾半導(dǎo)體通入直流電，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向隨著它的位置不同而發(fā)生變化時(shí)，霍爾半導(dǎo)體就會(huì)輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)，霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小和相位隨轉(zhuǎn)子位置而發(fā)生變化，從而起到檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的作用?；魻柤呻娐肥腔魻栐c電子線路一體化的產(chǎn)品，它是由霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償電路和穩(wěn)壓電路利用集成電路工藝技術(shù)制成的。它能感知一切與磁有關(guān)的物理量，又能輸出相關(guān)的電控信息，所以霍爾集成電路既是一種集成電路，又是一種磁敏傳感器，它一般采用DIP或扁平封裝。按輸出方式可分為線性型和開關(guān)型，常用開關(guān)型霍爾集成電路作為傳感元件，它的外形像一只普通晶體管，如下圖所示：集成電路原理圖如下：二、位置傳感器的放置常用的三相無刷直流電機(jī) 　　一般有3個(gè)位置傳感器，輸出波形有2種：一種是相位差為60176。角度，如圖a1所示；另一種是相位差為120176。電角度，圖a2對(duì)六拍換相方式進(jìn)行了描述并給出霍爾傳感器輸出信號(hào)的對(duì)照?qǐng)D。六拍換相提供了一種簡(jiǎn)單但高效的BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。Hall A（HA）、Hall B（HB）和Hall C（HC）用于檢測(cè)相對(duì)于R、Y 和B 繞組的轉(zhuǎn)子位置。根據(jù)來自霍爾傳感器的讀數(shù)（1 至6），將分別驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的兩相繞組而第三相則不通電。每一個(gè)360 電角度周期將被分為6 個(gè)60 度電角度區(qū)間，在每一個(gè)60 度電角度區(qū)間中，一相繞組將被驅(qū)動(dòng)為高電平，第二相則被驅(qū)動(dòng)為低電平而第三相則將不通電。例如：在霍爾位置6 或區(qū)間1，R 繞組將被驅(qū)動(dòng)至高電平而B 繞組將被驅(qū)動(dòng)為低電平，Y 繞組將不導(dǎo)通。通過讀入霍爾傳感器狀態(tài)，使用軟件方式可方便實(shí)現(xiàn)六拍換相算法。圖 a1圖 a2三、位置傳感器的結(jié)構(gòu)霍爾位置傳感器和電動(dòng)機(jī)本體一樣，也是由靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分組成，即位置傳感器定子和位置傳感器轉(zhuǎn)子。其轉(zhuǎn)子與電機(jī)主轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，以指示電機(jī)主轉(zhuǎn)子的位置，既可以直接利用電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，也可以在轉(zhuǎn)軸其他位置上另外安裝永磁轉(zhuǎn)子。定子是由若干個(gè)霍爾元件，按一定的間隔，等距離地安裝在傳感器定子上，以檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。下圖為霍爾位置傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 調(diào)速控制與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法一樣，通過調(diào)整PWM占空比的方法調(diào)速，也是一種無刷直流電動(dòng)機(jī)最常用的調(diào)速方法。脈寬 調(diào) 制 (PWM)是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。PWM具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。本設(shè)計(jì)中采用Motorola單片機(jī)自帶的PWM功能來輸出PWM波形，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。在電動(dòng)機(jī)正常工作情況下，通過改變PWM的占空比可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車的速度調(diào)節(jié)。在電動(dòng)機(jī)過流或電源電壓過低時(shí)，PWM信號(hào)被關(guān)閉，使自行車慣性滑行，從而保證了安全性。該控制器中調(diào)速接口電路如下：調(diào)速手柄出來的模擬信號(hào)送至Motorola單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口， A/D轉(zhuǎn)換處理后，改變相應(yīng)的PWM輸出占空比，達(dá)到無刷電機(jī)的調(diào)速。 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)一、過流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)直流電機(jī)在啟動(dòng)、超負(fù)荷運(yùn)行或異常運(yùn)行時(shí)，其電流很大。為了防止通過電機(jī)的電流太大而發(fā)生意外，系統(tǒng)中增加了驅(qū)動(dòng)電路的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)。在主電路中串一個(gè)采樣電阻（其值很小，），將采樣電阻的電壓送至LM358進(jìn)行放大，然后再送至比較器中與給定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)主電路電流增大，大到取樣電壓高于參考電壓時(shí)，比較器LM358輸出高電平，過流檢測(cè)電路見下圖：二、電池電壓檢測(cè)電路直流電源的電壓過高或過低都可能影響電機(jī)的正常運(yùn)行，甚至引起電機(jī)無法正常起動(dòng)。過高的電壓會(huì)損壞功率器件的安全構(gòu)成威脅，很可能超過功率器件的最大耐壓而將其擊穿，造成永久性損壞。負(fù)載不變，而電源電壓降低會(huì)引起電流增大，開關(guān)損耗增大，可能使功率器件因過熱而損壞:電壓過低還可能造成電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)等情況，產(chǎn)生危害，而且過低的電壓會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力。因此，有必要對(duì)系統(tǒng)實(shí)行電壓保護(hù)，本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了過壓、欠壓保護(hù)電路，防止因電壓過高或過低對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)和電機(jī)本體產(chǎn)生損害，保證整個(gè)控制系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。圖31中所示的電路為過壓保護(hù)電路。比較器的反相輸入端接固定的電壓閥值，直流電源電壓VCC經(jīng)分壓電路輸入到比較器的同相輸入端，把該電壓值和設(shè)定的閥值相比較，直流電源電壓正常時(shí)，比較器輸出為低電平。如果發(fā)生了過電壓，VCC的分壓值超過了閥值，則比較器輸出高電平，將此比較器的輸出端與電流檢測(cè)電路中反相器的輸出端通過一個(gè)或非門連接起來，或非門的輸出端送至單片機(jī)IRQ引腳。因此只要發(fā)生過流或過壓情況，就會(huì)觸發(fā)外部中斷，從而使MCU執(zhí)行相應(yīng)的中斷保護(hù)子程序以保護(hù)功率器件。同理，通過調(diào)整分壓電阻阻值，也可以將該電路設(shè)計(jì)為欠壓檢測(cè)電路。當(dāng)系統(tǒng)檢欠壓情況時(shí)，控制器立刻