四旋翼飛行器無(wú)刷直流電機調速系統的設計
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3 無(wú)刷直流電機調速系統硬件設計
該無(wú)刷直流電機調速系統由三相全橋驅動(dòng)電路、反電勢過(guò)零檢測電路、電流電壓監測電路組成電機驅動(dòng)器。使用一片ATmega8單片機作為控制器，該單片機內部集成了8 kB的Flash，最多具有23個(gè)可編程的I／O口，輸出時(shí)為推挽結構輸出，驅動(dòng)能力較強。片上集成了AD轉換器、模擬比較器、通用定時(shí)器、可編程計數器等資源。
3．1 三相全橋驅動(dòng)電路設計
三相全橋驅動(dòng)電路利用功率型MOS管作為開(kāi)關(guān)器件，選用P型MOS管FD6637與N型MOS管FD6635搭配使用，設計容量為允許通過(guò)的最大電流為30 A。FD6637的開(kāi)關(guān)利用三極管9013進(jìn)行驅動(dòng)、FD6635的開(kāi)關(guān)直接利用單片機的I／O口驅動(dòng)。電路如圖3所示。通過(guò)R17、R19、R25來(lái)減少下管FDD6635的柵極充電電流的峰值，防止震蕩并且保護MOS管；R16、R23、R24作為下拉電阻，保證下管的正常導通與關(guān)斷；R7、R5、R8作為上管柵極的上拉電阻，阻值選擇470 Ω，既保證了MOS管的開(kāi)關(guān)速率不降低，同時(shí)也防止三極管Ic電流過(guò)大。A+、B+、C+提供驅動(dòng)橋的上橋臂的柵極導通信號，分別通過(guò)ATmega8單片機的3個(gè)硬件PWM通道驅動(dòng)，通過(guò)改變PWM信號的占空比來(lái)實(shí)現電機調速：A-、B-、C-提供下橋臂柵極的驅動(dòng)信號，由單片機的I／O口控制，只有導通與關(guān)閉兩種狀態(tài)。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161075.htm
3．2 反電動(dòng)勢過(guò)零檢測電路設計
電機運行時(shí)，同一時(shí)刻只有兩相繞組導通，另外一組繞組懸空，切割磁感線(xiàn)生成反電動(dòng)勢。反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)指其繞組端電壓等于三相繞組的中點(diǎn)電壓，因此通過(guò)非導通相繞組的端電壓與三相繞組的中點(diǎn)電壓比較，就能得到過(guò)零點(diǎn)信號。但是電機三相繞組的中點(diǎn)連線(xiàn)未引出，采用三個(gè)阻值相同、星型連接的電阻虛擬得到中點(diǎn)電壓。如圖4所示，N點(diǎn)為虛擬中點(diǎn)電壓，UA、UB、UC為衰減后的電機相電壓接單片機的AD0～AD2通道。利用ATmega8內部的模擬比較器實(shí)現過(guò)零比較，N接比較器的正向輸入端，該模擬比較器的負向輸入端可以通過(guò)軟件配置選擇片內AD轉換器的AD0～AD2通道，用單比較器實(shí)現三相電壓比較。
3．3 電流電壓監測電路設計
電流電壓監測電路用來(lái)監測無(wú)刷直流電機驅動(dòng)電路的總電流與系統供電電池電壓的值。電路如圖5所示，利用康銅絲構成阻值為0．01Ω的電阻，總電流流過(guò)該電阻形成的電壓經(jīng)過(guò)R11與C8組成的截止頻率為2．3 kHz的一階低通濾波器后連入單片機的AD3端口，通過(guò)計算可得系統電流。電壓檢測電路通過(guò)簡(jiǎn)單電阻分壓的形式將系統電池供電電壓調整到AD轉換器的量程范圍內。通過(guò)電流電壓監測防止因為故障發(fā)生時(shí)電流過(guò)大導致設備燒毀，也防止飛行器升空后由于電池電壓不足摔毀。
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