【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。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(dǎo)我們，對我們所問的問題均一一細(xì)致的解答。還可采用專用控制芯片和單片機相結(jié)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。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(shè)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。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 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，了解無刷直流電機特性的基礎(chǔ)上，對無刷直流電機的控制原理進行了的研究，設(shè)計了一款簡單電動自行車用無刷直流電機控制器。三相位置輸入信號經(jīng)簡單查表運算產(chǎn)生對應(yīng)的輸出邏輯。 軟件流程圖系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。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(fù)載的影響, 因此檢測值需要結(jié)合電源負(fù)載電流情況來綜合判斷。值得注意的是:改變TIMER2會連帶將其預(yù)分頻值改變?yōu)槟J(rèn)值, 因此需要同時修改預(yù)分頻值才能達(dá)到預(yù)想的效果。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。這樣定時時間可以由這個寫入定時器寄存器的數(shù)值控制。它在計數(shù)滿后復(fù)位到00h重新開始, 同時產(chǎn)生一個中斷信號。3 PWM中斷時間控制中斷時間的控制與定時器時間控制相似。這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)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。電動自行車直流無刷電機的轉(zhuǎn)速相對來說很低。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號的改變設(shè)置為中斷, 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應(yīng)。正反轉(zhuǎn)驅(qū)動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)可共用一個驅(qū)動程序。這6個狀態(tài)對應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系, 所以要實現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實現(xiàn)1 驅(qū)動控制驅(qū)動控制通過查表實現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。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(shè)定的電流限定值進行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運行。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復(fù)位。第4章 無刷直流電動機軟件設(shè)計 直流無刷電機控制器程序的設(shè)計概況該程序在設(shè)計的過程中, 首先要上電復(fù)位, 然后初始化時鐘和中斷源, 再打開中斷, 當(dāng)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。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)完成相當(dāng)完善與靈活的保護，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。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。 圖314 過流保護原理圖 LM358雙運放大電路 如圖315所示，LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，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)。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(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時關(guān)閉電機，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險。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。對于永磁無刷直流電機多采用后一種方法。2 電流采樣通常對電機三相電流進行控制需要三個獨立的電流閉環(huán)，而永磁無刷直流電機采用兩相導(dǎo)通方式，即電機三相定子繞組在某一時刻只有兩相通電，導(dǎo)通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時刻只需控制一個電流量。同時。 周邊保護電路 電流采樣及過電流保護 圖313 電流采樣及過流保護圖1 電流信號電機主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。當(dāng)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(dǎo)通，給相應(yīng)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(dāng)電機轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁時，永磁體的強磁場使得電機在較低速度時就可以檢測到電樞繞組反電動勢，在較低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電機的自同步運行狀態(tài)切換，從而加快電機的起動過程，實現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。當(dāng)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。近年來，無位置傳感器的永磁無刷直流電機發(fā)展比較快。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(dǎo)通和截至，其輸出信號反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動逆變器開關(guān)管。幾個光電耦合開關(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。由于這種傳感器過于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。這種傳感器具有較高的強度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。因此，在對性能和環(huán)境要求不是很高的永磁無刷直流電機應(yīng)用場合大量使用霍爾元件式位置傳感器。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、相位互差120176。電角度。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機，三個霍爾元件在空間彼此相隔120176。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。其種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機本體同軸，以跟蹤電機轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機本體定子或端蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。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(guān)鍵部件?；魻栭_關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。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。 傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。 GAL有如下優(yōu)點：　　，克服了采用熔斷絲技術(shù)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(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計帶來極大的方便；　　，保護了知識產(chǎn)權(quán)；　　——即電子標(biāo)簽的功能。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 流過流時亮，否則滅2欠 壓欠壓時亮，否則滅3剎 車剎車時亮，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 時鐘輸入UDD 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。 CLEAR ：同步清除輸入端（高電平有效）A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng) A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定輸出的狀態(tài)。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。面板顯示電路主要由單片機的普通1/O口串行輸出，由串入并出芯片74LS164進行串并轉(zhuǎn)換，采用發(fā)光二極管進行顯示。它的特點是可靠性高，但價格昂貴。在電動車實際使用當(dāng)中，普遍采用機械觸點開關(guān)，平時常開，剎車時信號線對地短路作為剎車信號，即低電位剎車。因此電動自行車閘把上應(yīng)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(yù)設(shè)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。然后把這個電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個信號的大小進行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轉(zhuǎn)速的大小。圖35 時鐘電路圖 復(fù)位電路如圖36所示，與單片機1腳外接圖36 復(fù)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