【正文】 如果轉子充磁的極對數(shù)越多，則在 360176。其轉子與電機主轉子一同旋轉，以指示電機主轉子的位置，既可以直接利用電動機的永磁轉子，也可以在轉軸其他位置上另外安裝永磁轉子。 霍爾位置傳感器處理部分 霍爾位置傳感器 霍爾位置傳感器 具有穩(wěn)定、可靠，頻率響應寬、體積小，結構牢固，易于安裝等優(yōu)點，目前被廣泛應用于無刷直流電動機當中。 從而起到對 MOSFET 進行保護的作用，避免了 MOSFET 上通過大電流燒毀的危險。 LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器， 其中 U1A 作比較器，用于判斷電路中是不是存在電流過流的情況。過流保護是控制器的最后防線，過流保護電阻用的是康銅絲，當系統(tǒng)電流超過最大保護電流值時，康銅阻絲會燒斷，從而起到保護作用。 共模輸入電壓 范圍寬，包括接地 178。 15V) 178。 直流電壓增益高 (約 100dB) 178。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 *錯誤 !未找到引用源。對于無刷直流電機控制器，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)進行靈活的保護，這些保護功能可以大大提高無刷直流電機控制器的可靠性。由于驅動電路對第二路電源的要求不是很高，基本上在 10V到 20V時即可控制 MOSFET 正常開關，所以選擇還是比較合適的。 主要特點： ? 輸出電流可達 1A ? 輸出電壓有： 5V ? 過熱保護 ? 短路保護 ? 輸出晶體管 SOA 保護 電源電路原理設計部分 圖 36 電源電路原理圖 電源電路輸出三路電壓，分別是 +48V電壓、 + +5V電壓。 系列。 常見的三端穩(wěn)壓集成電路 還 有正電壓輸出的 78 179。 電壓范圍 至 37V 連續(xù)可調 穩(wěn)壓芯片 7805芯片 的 概述 7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路，能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。 輸出短路保護。 保證 輸出電流。當317 穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時， 317 穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式， R1 和 R2 的阻值是不能隨意設定的。 電源電路設計部分 穩(wěn)壓芯片 LM317芯片 概述 LM317是應用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。 逆變橋電路根據逆變橋電路的驅動信號使各個 MOSFET 晶體管 做相應的開關動作，為無刷 直流 電機提供 動作 能量， 以 驅動 無刷直流 電機做加速、減速、勻速、制動等一系列 的 動作。對電動自行車用無刷直流電機來說，由于其只能采用電池形式的供電方式，而電池的能量總是越用越少，所以必須定時檢測電源的電壓以確定電池的剩余電量，以免使用電池過量而造成電池的使用壽命縮短。根據 IR3103的 Date sheet，產生的死區(qū)時間 DT 的大致范圍是 400~650ns，滿足 MOSFET 的開通或關斷時間。此類逆變電路中的主電路可將直流電壓（ +VCC）逆變?yōu)槿嘟涣鬏敵鲭妷?U、 V、 W，送給無刷電機。當 IR2103 的 3 腳 LIN 低端邏輯輸 入為高電平時， 5 腳 LO 低端驅動輸出電壓端輸出高電平，使下橋管 VT2 導通。 圖 32 IR2103 引腳圖 引腳功能如下： 1 腳 VCC：邏 輯電源與低端電源電壓； 2 腳 HIN：高端邏輯輸入； 3 腳 LIN：低端邏輯輸入； 4 腳 COM：低端電源接地； 5 腳 LO：低端驅動輸出電壓； 6 腳 VS：高端浮偏電源偏置電壓： 7 腳 HO：高端驅動輸出電壓； 8 腳 VB：高端浮置電源電壓。 開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小且驅動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 驅動芯片 IR2103 簡介 （ 1） IR2103 的特點：采用雙列 8 腳封裝，高端工作電壓為 600V，低端工作電壓為 10~20V，功率為 1W。當處于脈寬調制工作方式時，可以在引腳輸出分 辨率高達 10 位的 PWM 信號。 PIC16F72 單片機的功能特性 （ 1） 功能部件的特性 帶有 8位 5通道模數(shù)轉換器； 高驅動電流，每個 I／ O引腳灌電流和拉電流最大均可達 25mA；可直接驅動數(shù)碼管 (LED)、光耦合器等器件工作 ；可雙向獨立編程設置 I/O引腳； 8位定時器 /計數(shù)器 TMRO，帶 8位預分頻器；有 1路捕捉輸入 /比較輸出 /PWM輸出 (CCP)； 16位定時器 /計數(shù)器 TMR1，休眠中仍可計數(shù)； 8位定時器 /計數(shù)器 TMR2,帶有 8位的周期寄存器及預分頻器和后分頻器； 帶有 SPITM(主 /從模式 )和 I2CTM(從模式 )同步串口；帶軟件控制選擇的欠壓檢測(BOD)；欠壓檢測電路用于欠壓復位 (BOR)。單片機收到此信號時產生中斷，關閉電機的輸出，從而保護重要器件不致?lián)p壞或故障不再擴大。 19：單片機 電源地。就是和三相電一樣，每個相位和前面的相位角相差 120176。 14：數(shù) 字輸入口：功能開關 3 1 1 17：數(shù)字輸入口：電機轉子位置傳感器信號輸入口，單片機根據其信號變化決定讓電機 的相應繞組通電，從而使電機始終向需要的方向轉動。 8：單片機電源地。 7：模擬 /數(shù)字量輸入口：由于電機的位置傳感器排列方法不同，該口的電平高低決定適合于哪種電機，目前市場上常見的有所謂 120176。正常時電壓應在 3V 以上 4：模擬量輸入口：線性霍爾組成的手柄調速電壓輸入口，單片機根據此電壓高低來控制輸出給電機的總功率，從而達到調整速度的目的。 PIC16F72 單片機的主要性能 PICl6F72 單片機是目前電瓶車 控制器 的 主流控制芯片 。 (5)功耗低 由于 PIC系列單片機采用的是 CMOS結構，所以它的功率消耗很低。 時鐘頻率 低，功率消耗少，溫升也少，機器不易發(fā)生故障和老化，提高了系統(tǒng)的可靠性。 并且 程序存儲器和數(shù)據存儲器采用 的是 不同的 總線 ，從而提供了較大的 存儲器帶寬 ，使數(shù)據的移動和交換更加方便，尤其提供了較高的 數(shù)字信號處理 性能。這種分離的程序總線和 數(shù)據總線 可允許在一個 機器周期 內同時獲得 指令字 和 操作數(shù) ，從而提高了執(zhí)行速度，提高了數(shù)據的吞吐率。它的最大特點是重視產品的性能和價格比，靠發(fā)展多種系列產品來滿足不同層次的應用要求，而不是搞單純的功能堆積。 PIC系列單片機具有如下特點 : PIC單片機是 MICROCHIP 公司的產品 ，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集 ，抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼保密性好。一種具有分散作用（多任務）功能的 CPU。大部分單片機都提供了 UART 接口，也有部分單片機沒有串行接口。 ★ 運行速度 ： 單片機的運行速度首先看時鐘頻率，指令集，幾個時鐘為一個機器周期 在選用單片機時要根據需要選擇速度，不要片面追求高速度，單片機的穩(wěn)定性、抗干擾性等參數(shù)基本上是跟速度成反比的，另外速度快功耗也大?？煞奖銓崿F(xiàn)D／ A輸出功能 和 實現(xiàn)直流電機的調速等功能。 單片機選擇 的 原則 有 ： ★ 性能 性能因素： 根據設計任務的復雜程度 ，分析 采用 8位 的 單片機可以滿足系統(tǒng)的控制精度的 要求。 本論文選取 Microchip 公司的一款具有極高性能價格比的 PIC 單片機PICl6F72 做為主控芯片，用編程的方法來模擬無刷電機的控制邏輯，其特點是使用靈活，通過修改程序可適應不同規(guī)格的無刷 電機，增加系統(tǒng)功能方便，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控制器 ；并且 采用速度、電流雙閉環(huán)控制策略，增強系統(tǒng)抗干擾能力，提高電機的運行效率，同時加入一些保護功能，如欠壓保護、過電流保護、堵轉保護等等，使系統(tǒng)設計更合理化、人性化。 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 TMS320C2xx 系列及 Motorola 公司的 DSP56F8xx 系列，都是由一個以 DSP為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內，使體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。 控制器是電動自行車的驅動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。目前，數(shù)字調速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案：一種采用專用集成電路。在微處理器出現(xiàn)之前，控制器只能由模擬 系統(tǒng)構成。另一種是以微處理器為控制核心構成硬件 系統(tǒng)。 第三章 無刷直流電機硬件設計 無刷直流電機控制器的概述 無刷直流電動機兼有直流電動機調整和起動性能好以及異步電動機結構簡單無需維護的優(yōu)點，因而在高可靠性的電機調速領域中獲得了廣泛應用。 圖 29是對電機進行 PWM 調速控制時的電樞繞組兩端的電壓波形。改變電樞電壓調速 的方法有穩(wěn)定性較好、調速范圍大的優(yōu)點【 23】【 24】?？傊瑹o刷直流電機的運行特性與有刷直流點及極為相似，有著良好的伺服控制性能。 當轉速為零時，此時的轉速即為起動電磁轉矩。由式 11~13可知： 當電機以一定的轉速正常運行時，此時電樞電流為： 錯誤 !未找到引用源。當電機的可變損耗等于不變損耗時，電機效率達到最大值。 圖 15 工作特性 （ 2） 電機效率和輸出轉矩之間的關系，這里只考擦電機部分的效率與輸出轉矩的關系。而實際上，由于電樞繞組產生的磁場是跳躍的，當轉子所處位置不同時，轉子磁場與電樞磁場之間的夾角在變化，因此所產生的電磁轉矩也是變化的。 在起動時 電樞電流比較大 ， 為了防止電機 被 燒壞， 所以 控制器在控制電機起動時必須要使 PWM 驅動波保持在一個合理的占空比 里 ，并設置電流反饋控制 環(huán)節(jié) ， 以 保持電機在一個電機能接受的范圍內能快速起動。 2m）； ω是轉子的機械角速度（ rad／ s）。 (15) Km 為轉矩系數(shù)（ N (14) 式中， M 是電磁轉矩 ， M2 是輸出轉矩（ N (12) 式中， n 是電機轉速（ r／ min）； 錯誤 !未找到引用源。 對于無刷直流電機，其電動勢平衡方程式為 錯誤 !未找到引用源。 電機是一種輸入電功率、輸出機械功率的原動機械。有刷直流電機的電刷起著電樞電流換向位置的檢測作用。 無刷直流電機由電機本體 、 位置傳感器以及 電子 開關 電路共同組成換相 裝置，使無刷直流電機在運行過程中，定子繞組所產生的磁場和在轉動中轉子磁鐵所產生的永久磁場在空間始終保持 090 左右的電角度。其原理 框圖 如圖 23 所示 ： 直 流 電 源 電 子 開 關 線 路 電 動 機 主 體位 置 傳 感 器輸 出 圖 2 3 無 刷 直 流 電 動 機 原 理 框 圖無刷直流電機中 的 永磁鋼裝在轉子上， 電樞繞組 裝 在定子上， 而有刷直流電機 的磁鋼 是 裝在定子上。綜上所述，組成直流無刷電動機的主要部件如圖 15 所示。 直流無刷電動機中的電子開關線路是用來控制電動機定子各相繞組的通電順序和時間的，主要由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成。定子 A、 B、 C 相繞組分別于電力開關元件 1V 、 2V 、 3V 相接。 無刷直流電動機在結構上與永磁同步電動機相似，但沒有籠形繞組和其他起動裝置。 [1] 無刷直流電動機的基本結構 無刷直流電動機的主要組成部分有電動機主體、位置傳感器 與電子開關線路等 3 部分，如圖 13 所示。 無刷直流電機集交流電機和直流電機的優(yōu)點于一體，既具備交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電機運行效率高、 調速性能好和無勵磁損耗的特點。驅動系統(tǒng)的可靠性與安全性，促進整車效率，而且可以節(jié)約能源和降低自行車的維護成本，從而推動電動自行車的廣泛應用。 電動自行車作為自行車史上具有革命性的交通工具，在給人們生活帶來方便的同時，也對整個社會的經濟產生了積極的影響。與其它電機相比 ，無刷直流電機具有主要優(yōu)點 為 ： 無刷直流電機沒有電刷、而是利用電子換相，不存在因 電刷 而引起的問題。為 了 使電動自行車 具 有良好的使用性能，驅動電機應具有寬調速范圍、高轉速和足夠大的起動轉矩。在以歐盟各國為主 的國際市場上，全球 電動自行車 在 2020 年銷量 達到 1334 萬輛， 2020 年同比增長19%，達到 1586 萬輛； 2020 年同比增長 21%，達到 1929 萬輛； 2020 年同比增長20%，達到 2324 萬輛； 2020 年同比增長 22%，達到 2655 萬輛。電動車作為一種有效替代燃油汽車的綠色交通工具，無論從環(huán)保角度還是能源角度看，綠色環(huán)保電動車已成為一個不可逆轉的趨勢。越來越多的應用于國民經濟生活的各個領域中，顯示出了 它 廣泛的應用前景。特別是與傳統(tǒng)直流電機相比，無刷直流電機利用電子換向代替機械換向，解決了傳統(tǒng)直流電機因為電刷摩擦而產