【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(shí)踐，工作很忙，但他也抽出自己空余的時(shí)間輔導(dǎo)我們，對(duì)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(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的控制，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。主要實(shí)現(xiàn)了如下功能: (1)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，加強(qiáng)了電動(dòng)車的智能控制； (2)安全控制電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護(hù)、過流保護(hù)； (3)設(shè)計(jì)了逆變器驅(qū)動(dòng)電路、硬件過流保護(hù)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(hào) 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，了解無刷直流電機(jī)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)無刷直流電機(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)自行車用無刷直流電機(jī)控制器。三相位置輸入信號(hào)經(jīng)簡單查表運(yùn)算產(chǎn)生對(duì)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(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。PWM中斷的發(fā)生與定時(shí)器不同的是:它的發(fā)生不是由于定時(shí)器溢出, 而是由于定時(shí)器TIMER2與PWM周期寄存器PR2值相等。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。它在計(jì)數(shù)滿后復(fù)位到00h重新開始, 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。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。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時(shí)間(), 所以將霍爾元件信號(hào)狀態(tài)的檢測工作放在主程序中即可。電動(dòng)自行車直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)來說很低。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號(hào)的改變?cè)O(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(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。這6個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系, 所以要實(shí)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(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。限流保護(hù)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(jìn)行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運(yùn)行。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復(fù)位。第4章 無刷直流電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)計(jì) 直流無刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況該程序在設(shè)計(jì)的過程中, 首先要上電復(fù)位, 然后初始化時(shí)鐘和中斷源, 再打開中斷, 當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時(shí), 將該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后按算法計(jì)算出PWM的占空比輸出PWM波。對(duì)于無刷直流電機(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(hào)對(duì)控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以大大提高無刷直流電機(jī)控制器的可靠性。圖315 LM358引腳功能圖 欠電壓保護(hù)圖316 欠電壓保護(hù)電路圖如圖317所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)RA1（管腳3），由單片機(jī)采入進(jìn)行監(jiān)控。 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)。3 過流保護(hù)過流保護(hù)電路可以對(duì)MOSFET進(jìn)行保護(hù)，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時(shí)關(guān)閉電機(jī)，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險(xiǎn)。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(duì)于永磁無刷直流電機(jī)多采用后一種方法。2 電流采樣通常對(duì)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)，而永磁無刷直流電機(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。同時(shí)。 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(hào)電機(jī)主回路電流信號(hào)經(jīng)采樣電阻獲得。當(dāng)無刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令霍爾器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)被送到控制部分，由控制部分發(fā)出信號(hào)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(dòng)。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(shì)，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。當(dāng)電機(jī)體積較小、位置傳感器難以安裝時(shí)或電機(jī)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(shí)，這種無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。近年來，無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hào)反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管。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(duì)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(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。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。因此，在對(duì)性能和環(huán)境要求不是很高的永磁無刷直流電機(jī)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(jī)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(hào)即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號(hào)放大處理后便可驅(qū)動(dòng)逆變器工作。電角、相位互差120176。電角度。對(duì)于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，三個(gè)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(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(hào)。1 在無刷直流動(dòng)機(jī)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(jī)的關(guān)鍵部件。霍爾開關(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。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(diǎn)：　　，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過100次；　　，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片GAL器件可以實(shí)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(jì)帶來極大的方便；　　，保護(hù)了知識(shí)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(hào)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。 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(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)。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(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。它的特點(diǎn)是可靠性高，但價(jià)格昂貴。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(hào)線對(duì)地短路作為剎車信號(hào)，即低電位剎車。因此電動(dòng)自行車閘把上應(yīng)該有閘把位置傳感元件，在捏制動(dòng)把時(shí)，將制動(dòng)信號(hào)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(dòng)電流，使功率截止，停止供電。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(hào)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。圖35 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路如圖36所示，與單片機(jī)1腳外接圖36 復(fù)位電路圖 人機(jī)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(shí)現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場的線性變化而改變，將此電