永磁無(wú)刷直流電機數字式控制器

一、概述

永磁直流無(wú)刷電機（PM-BLDC），由于其固有的許多特點(diǎn)，再加上我國稀土資源豐富，被眾多電機專(zhuān)家認為是21世紀的新型換代產(chǎn)品。隨著(zhù)半導體集成電路，電力電子器件，控制原理和稀土材料工業(yè)的發(fā)展，可以預見(jiàn)這種產(chǎn)品必然會(huì )逐步取代傳統結構的交流電動(dòng)機加變頻調速器的模式。

目前見(jiàn)到的文獻中，控制器一般都采用Motorola公司的MC33035，MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的 PWM芯片如 SG3524，TL494等。采用這些ASIC芯片，雖然能實(shí)現電機的無(wú)線(xiàn)調速，但還存在一些問(wèn)題，如無(wú)法與計算機直接接口，許多較為復雜的控制算法無(wú)法在不增加硬件成本的情況下實(shí)現，控制器的為機界面不理想?？偟闹v，控制器的智能化程度不高。雖然采用通用PWM芯片來(lái)實(shí)現電機無(wú)級調速的方案成本較低，但當控制器針對不同的應用場(chǎng)合增加各種附加功能時(shí)，其靈活性不夠，而且反而增加硬件的成本。

在電動(dòng)自動(dòng)車(chē)的控制器的設計中，如采用上面傳統的控制方案，無(wú)論是電流環(huán)還是速度環(huán)，其控制特性都不盡為意。對速度環(huán)，突然堵轉會(huì )引起功率器件的損壞，電流環(huán)時(shí)，當對速度進(jìn)行測量時(shí)，又會(huì )增加額外的硬件開(kāi)銷(xiāo)。我們在電動(dòng)自行車(chē)控制器中，采用嵌入式單片機C504，對PM-BLDC Motor進(jìn)行速度和電流的雙環(huán)控制，滿(mǎn)足了電動(dòng)車(chē)特性的要求。

二、PM-BLDC數字控制器方案

PM-BLDC數字式控制器的框圖如圖1所示。

其中的核心部件是Infineon的嵌入式單片機C504。選擇C504的理由是：在C504內部有能產(chǎn)生三相PWM波的CCU單元。當對CCU的 SFR設置為Block Communication Mode時(shí)，CCU單元能根據三個(gè)中斷的信號的相位，自動(dòng)產(chǎn)生適合PM-BLDC Motor 1200導通模式的6相PWM斬波信號而無(wú)需增加軟件開(kāi)鎖。這時(shí)要求把三個(gè)相差1200電角度的HALL與C504的INT0，INT1，INT2直接連接。

另外，C504具有高抗干擾性，能在惡劣的電磁環(huán)境下正常工作。C504易開(kāi)發(fā)，與國內普遍使用的MCS-51系列單片機完全兼容和可接受的價(jià)格[1]。

從該控制器原理圖可以看出，PM-BLDC的速度可以直接用數字進(jìn)行預置或通過(guò)軟件進(jìn)行控制，實(shí)現不同的控制算法以滿(mǎn)足各種應用要求。

結語(yǔ)

本數字式控制器對PM-BLDC的控制電動(dòng)自動(dòng)車(chē)上取得了滿(mǎn)意的效果。

在電動(dòng)自動(dòng)車(chē)控制器的設計中，有一個(gè)緩啟動(dòng)的問(wèn)題保有數字方法才能實(shí)現。當用戶(hù)啟動(dòng)時(shí)，一般把油門(mén)信號開(kāi)到最大，這對電機和控制的壽命極為不利。在我們的采用C504的控制器中，很好地解決了這一問(wèn)題，而且實(shí)現平穩啟動(dòng)。

可以看出，只要MCU具有現場(chǎng)可編程的功能（ISP Function)，可以在應用現場(chǎng)只改變軟件而無(wú)須重新調整硬件就能實(shí)現各種控制方案，這為現場(chǎng)調試提供了極大的方便性。

目前，我們用這種方案實(shí)現了一套張力控制系統，采用了Infineon提供的C504 MCU，大功率MOSFET(CoolMOS)，高壓IGBT和SFH系列高速光耦，取代了傳統的感應電機，變頻調速器及張力控制器，具有一定的先進(jìn)性和價(jià)格優(yōu)勢，有推廣應用的前景。