采用DSP的直流無(wú)刷電機控制器的硬件設計

圖4 正交信號檢測時(shí)序圖

MC56F8323正交編碼模塊具有如下特點(diǎn)：PHASEA和PHASEB的輸入信號首先必須通過(guò)一個(gè)干擾信號濾波器，該濾波器可以數字延時(shí)，可以濾除毛刺，保證只有真正的信號才進(jìn)行計數。同時(shí)對于只用單個(gè)信號的控制，均可配置為單個(gè)的脈沖計數。

對于一個(gè)高速轉軸編碼器，轉軸速度可以通過(guò)計算每單位時(shí)間內位置計數器的變化值來(lái)得到。對于低速電機，由于輸入PHASEA和PHASEB與通用定時(shí)器相連均可作為輸入捕捉引腳，可以利用定時(shí)器測量正交相位之間的時(shí)間周期來(lái)得到高分辨率的速度測量。定時(shí)器模塊利用一個(gè)16位的計數器，通過(guò)對總線(xiàn)時(shí)鐘的分頻來(lái)計數，40MHz的總線(xiàn)時(shí)鐘頻率最大可以得到102ms的計數周期。對于一個(gè)1000齒的編碼器來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用定時(shí)器測量速度可以精確測量到0.15轉每分。

2.4 IPM驅動(dòng)電路設計

IPM（智能功率模塊）驅動(dòng)電路主要完成對DSP芯片產(chǎn)生的六路PWM信號的功率放大，驅動(dòng)內部的功率管從而實(shí)現對電機的驅動(dòng)。

IRAMS16UP60A PlugNDriveTM集成電源模塊（IPM）是IR公司iMOTION集成設計平臺系列的產(chǎn)品，它除了將6個(gè)高壓功率晶體管和驅動(dòng)芯片IR2136等電路集成在一個(gè)小型絕緣封裝外，還具有過(guò)熱、過(guò)流、欠壓和內置死區控制防止高端IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和底端IGBT短路等保護功能，以確保操作安全以及系統可靠。此外，它還能夠由一個(gè)+15V直流電源來(lái)提供工作電壓，可以簡(jiǎn)化其在電機驅動(dòng)應用中的使用，并由此加速最終產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其典型應用電路圖如圖5所示。

圖5 IPM典型應用原理圖

與分立元件相比，模塊除了具有眾所周知的優(yōu)點(diǎn)（更小、更可靠、可視為單一元件）外，IRAMS16UP60A模塊還使設計者避免了在IGBT逆變器設計中常遇到的幾個(gè)問(wèn)題：

? 模塊具有很低的電路電感，可以減小電壓尖峰，在較低的開(kāi)關(guān)損耗下可以工作于較高的開(kāi)關(guān)頻率；

? 所有低端和高端IGBT的傳輸延遲匹配，可以防止直流電流加到電機上；

? 內置死去時(shí)間控制提供充足死區時(shí)間防止高端IGBT和低端IGBT短路；

? 故障安全工作確保過(guò)流過(guò)壓時(shí)停機，使設計者不用設計過(guò)流和過(guò)壓保護電路；

? 提供了溫度監視和相電流檢測引腳。

3 結語(yǔ)

本文詳細論述了采用MC56F8323 DSP為核心的直流無(wú)刷電機控制器的硬件設計，給出了電流環(huán)、速度位置環(huán)和IPM驅動(dòng)電路的實(shí)際應用電路。此硬件設計已成功應用在國內某高檔電腦平縫機上，性能優(yōu)異，部分指標達到行業(yè)領(lǐng)先水平。