基于PIC16F690的直流無(wú)刷電機驅動(dòng)器設計

傳統的直流電機調速方法很多，如調壓調速、弱磁調速等，它們存在著(zhù)調速響應慢、精度差、調速裝置復雜等缺點(diǎn)。隨著(zhù)全控式電力電子器件技術(shù)的發(fā)展， 以大功率晶體管作為開(kāi)關(guān)器件的直流脈寬調制(PWM)調速系統已成為直流調速系統的主要發(fā)展方向。

為配套24V直流電機，設計了一種直流無(wú)刷電機驅動(dòng)器。采用美國Microchip公司的PIC16F690單片機作為控制器， MOSFET為驅動(dòng)元件， 配以相應的控制軟件構成控制系統。實(shí)踐表明，整個(gè)系統的精度、快速性以及可靠性等指標都能滿(mǎn)足實(shí)際需求。

系統在設計和調試中采取了必要的抗干擾措施， 具體有如下幾點(diǎn)：

　　(1)合理布置電源濾波、退耦電容;

　　(2)分區布局， 將數字電路與模擬電路分開(kāi);

　　(3)合理設計地線(xiàn);

　　(4)電流通路的面積最小;

　　( 5)盡量加粗接地線(xiàn)和電源線(xiàn);

1 PWM 直流調速原理

在PWM 調速系統中，一般可以采用定寬調頻、調寬調頻、定頻調寬3 種方法改變控制脈沖的占空比，但是前兩種方法在調速時(shí)改變了控制脈寬的周期，從而引起控制脈沖頻率的改變， 當該頻率與系統的固有頻率接近時(shí)將會(huì )引起振蕩。為避免之，設計采用定頻調寬改變占空比的方法來(lái)調節直流電動(dòng)機電樞兩端電壓。

定頻調寬法的基本原理是按一個(gè)固定頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據需要改變一個(gè)周期內接通和斷開(kāi)的時(shí)間比(占空比)來(lái)改變直流電機電樞上電壓的占空比，從而改變平均電壓，控制電機的轉速。在PWM 調速系統中，當電機通電時(shí)其速度增加，電機斷電時(shí)其速度減低。只要按照一定的規律改變通、斷電的時(shí)間，即可控制電機轉速。而且采用PWM 技術(shù)構成的無(wú)級調速系統，啟停時(shí)對直流系統無(wú)沖擊， 并且具有啟動(dòng)功耗小、運行穩定的優(yōu)點(diǎn)。為了說(shuō)明問(wèn)題，現假定電機始終接通電源時(shí)，電機最大轉速為Vmax, 占空比為D = t /T, 則電機的平均速度Vd = D*Vmax, 由公式可知，當改變占空比D = t /T 時(shí)，就可以得到不同的電機平均速度Vd,從而達到調速的目的。

在一般應用中，可將平均速度與占空比D 近似地看成線(xiàn)性關(guān)系。

2 系統硬件設計

2.1 總體設計原理

系統要求電機能夠按照設定值運轉，并能實(shí)現正反轉控制，根據直流電機的PWM 控制要求，控制系統的硬件部分主要包括單片機控制電路、光電隔離電路、驅動(dòng)電路等幾個(gè)部分，系統的硬件原理框圖，如圖1所示?？刂菩盘査腿隤IC 單片機模擬口，經(jīng)過(guò)處理后，輸出PWM控制脈沖，為了提高系統的抗干擾性，在單片機控制電路和電機驅動(dòng)電路之間用光電耦合器( TLP521) 實(shí)現電氣隔離， 隔離后的控制信號經(jīng)電機驅動(dòng)邏輯電路產(chǎn)生電機邏輯控制信號， 分別控制H橋的上下臂，從而實(shí)現電機的正反轉和調速的目的， 同時(shí)電機的轉速能通過(guò)編碼器反饋給單片機， 實(shí)現速度的閉環(huán)控制。