【正文】 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。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)交流電機(jī)的控制，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。開始初始化 剎 車？ Y 欠 壓 ？ N Y 過 流 ？ N Y 工 作 模 式 設(shè) 置 N 讀 入 位 置 信 號 計(jì) 算 脈 沖 寬 度 輸 出PWM波顯 示 輸 出圖41 軟件流程圖結(jié)束語本文在廣泛查閱資料，了解交流電機(jī)特性的基礎(chǔ)上，對交流電機(jī)的控制原理進(jìn)行了的研究，設(shè)計(jì)了一款簡單電動(dòng)自行車用交流電機(jī)控制器。 軟件流程圖系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。值得注意的是:改變TIMER2會(huì)連帶將其預(yù)分頻值改變?yōu)槟J(rèn)值, 因此需要同時(shí)修改預(yù)分頻值才能達(dá)到預(yù)想的效果。這樣定時(shí)時(shí)間可以由這個(gè)寫入定時(shí)器寄存器的數(shù)值控制。3 PWM中斷時(shí)間控制中斷時(shí)間的控制與定時(shí)器時(shí)間控制相似。電動(dòng)自行車直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對來說很低。正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)只在于電流換相順序的不同, 反映到程序中僅在查表處有區(qū)別, 所以正反轉(zhuǎn)可共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)1 驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制通過查表實(shí)現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復(fù)位。對于交流電機(jī)控制器，由于輸入控制變量比較多，控制器可以利用各種輸入信號對控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以大大提高交流電機(jī)控制器的可靠性。 圖314 過流保護(hù)原理圖 LM358雙運(yùn)放大電路 如圖315所示，LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。在電流較大，或要求電隔離的情況下，可以采用磁場平衡式霍爾電流傳感器。2 電流采樣通常對電機(jī)三相電流進(jìn)行控制需要三個(gè)獨(dú)立的電流閉環(huán)，而永磁交流電機(jī)采用兩相導(dǎo)通方式，即電機(jī)三相定子繞組在某一時(shí)刻只有兩相通電，導(dǎo)通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時(shí)刻只需控制一個(gè)電流量。 周邊保護(hù)電路 電流采樣及過電流保護(hù) 圖313 電流采樣及過流保護(hù)圖1 電流信號電機(jī)主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁時(shí)，永磁體的強(qiáng)磁場使得電機(jī)在較低速度時(shí)就可以檢測到電樞繞組反電動(dòng)勢，在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自同步運(yùn)行狀態(tài)切換，從而加快電機(jī)的起動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。近年來，無位置傳感器的永磁交流電機(jī)發(fā)展比較快。幾個(gè)光電耦合開關(guān)沿圓周均布，每只光電耦合開關(guān)由相互對著的紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。這種傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動(dòng)沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。因此，在對性能和環(huán)境要求不是很高的永磁交流電機(jī)應(yīng)用場合大量使用霍爾元件式位置傳感器。電角、相位互差120176。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)交流電機(jī)，三個(gè)霍爾元件在空間彼此相隔120176。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號?；魻栭_關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高。 傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。2 面板指示燈狀態(tài)定義面板指示燈狀態(tài)定義如表33表33 序 號功 能指示燈狀態(tài)1過 流過流時(shí)亮，否則滅2欠 壓欠壓時(shí)亮，否則滅3剎 車剎車時(shí)亮，否則滅 門陣列可編程器件GAL16V8 GAL16V8圖及引腳功能圖311 GAL16V8引腳功能圖表34 GAL16V8（門陣列可編程器件）引腳名稱及功能名 稱 功 能 I0I9 輸 入 F0F7 輸入/輸出I0/CK 時(shí)鐘輸入U(xiǎn)DD 電 源 GND 地 GAL器件是從PAL發(fā)展過來的，PAL器件的出現(xiàn)為數(shù)字電路的研制工作和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了很大的方便。當(dāng) A、B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定輸出的狀態(tài)。面板顯示電路主要由單片機(jī)的普通1/O口串行輸出，由串入并出芯片74LS164進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，采用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。在電動(dòng)車實(shí)際使用當(dāng)中，普遍采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，平時(shí)常開，剎車時(shí)信號線對地短路作為剎車信號，即低電位剎車。然后把這個(gè)電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個(gè)信號的大小進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制，從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。用程序語句控制PWM信號的周期和高電平持續(xù)時(shí)間，從而控制電機(jī)電樞電壓，即可達(dá)到調(diào)速目的。在線串行編程 PWM信號在PIC單片機(jī)中的處理改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法分為勵(lì)磁控制法(控制磁通)與電樞電壓控制法(改變電樞端電壓)。斷電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以后時(shí)，使芯片保持復(fù)位，當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運(yùn)行 8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 TMR2,帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器(2)微控制器特性 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置I/O引腳 （4）RC0RC7：數(shù)字I/O（5）RB0RB7：數(shù)字I/O （6）VDD：+5V電壓輸入 PIC16F72單片機(jī)的功能特性(1)功能部件特性 （2）RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。(8)應(yīng)用平臺界面友好，開發(fā)方便Microchip公司為用戶提供了周全的技術(shù)方案，不管是對初學(xué)者還是后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)，都提供了完善的硬件和軟件支持，包括各種檔次的硬件仿真器和編程器。(4)指令特色 PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡單和代碼壓縮率高等優(yōu)點(diǎn)。(2) 哈佛總線結(jié)構(gòu)如圖34所示，PIC系列單片機(jī)在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴(kuò)展指令的字長奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展新的潮流?？紤]到該設(shè)計(jì)要與市場接軌，因此價(jià)格問題尤為重要，要選擇一個(gè)性價(jià)比較高的單片機(jī)，包括單片機(jī)的單片價(jià)格和開發(fā)系統(tǒng)的造價(jià)。在無刷電機(jī)控制中，脈寬調(diào)制PWM ( PulseWidth Modulation)技術(shù)廣泛應(yīng)用，因此所選單片機(jī)應(yīng)具有脈寬調(diào)制輸出端口。本設(shè)計(jì)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)專用控制芯片MC33035的全部功能，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多功能的電機(jī)控制。輸出驅(qū)動(dòng)MOSFET接成源極跟隨器，另一只輸出驅(qū)動(dòng)MOSFET接成共源極電路，高端的脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)HV電平轉(zhuǎn)化器并觸發(fā)RS閂鎖置位或復(fù)位。以提高抗擾能力。HO和LO輸出分別與HIN和LIN輸入同相位。其推薦典型工作參數(shù)如表32所示。由于邏輯信號均通過電平耦合電路連接到各自的通道上,容許邏輯電路參考地(USS) 與功率電路參考地(COM) 之間有 5 V和+ 5 V 的偏移量,并且能屏蔽小于50 ns 的脈沖,這樣有較理想的抗噪聲效果。電樞額定電流IaH=，因?yàn)槊總€(gè)控制元件導(dǎo)通120o,所以控制元件的峰值電流可以由以下方程算出。IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO由于采用自控式逆變器，交流電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是交流電動(dòng)機(jī)的重要優(yōu)點(diǎn)之一。（3）位置傳感器位置傳感器在交流電動(dòng)機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。 交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖,可繪出交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖,如圖21所示:圖21 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制框圖（1）微控制器主要功能是根據(jù)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個(gè)輸出信號，將它們處理成功率驅(qū)動(dòng)單元的六個(gè)功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動(dòng)順序。無刷電機(jī)控制方法主要分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。該控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是智能性差，保護(hù)措施有限，系統(tǒng)升級空間小。實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護(hù)功能。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。 交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案比較交流電動(dòng)機(jī)兼有直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整和起動(dòng)性能好以及異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單無需維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，因而在高可靠性的電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。4．控制器控制器是交流電動(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：（1）對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號、PWM調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和停車信號進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管的斬波信號和選通信號，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制。在交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中安裝機(jī)械式位置傳感器解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測問題。3．位置檢測器位置檢測器的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。（3）電路成本。從這個(gè)角度來看，三相繞組優(yōu)