基于A(yíng)Tmega48的三相無(wú)刷電機控制方法

當控制器工作時(shí)，可根據霍爾傳感器檢測到電機轉子的當前位置，依照定子繞組決定開(kāi)啟或關(guān)閉功率晶體管的順序，使電流依序流經(jīng)電機線(xiàn)繞組，以產(chǎn)生順向或逆向的旋轉磁場(chǎng)，并與轉子的磁鐵相互作用，使電機順時(shí)或逆時(shí)轉動(dòng)。當電機轉子轉動(dòng)到霍爾傳感器檢測出另一組信號的位置時(shí)，再開(kāi)啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)，電機就能依據同一方向繼續轉動(dòng)，直到控制器決定使電機轉子停止時(shí)，則關(guān)閉功率晶體管；決定使電機轉子反向時(shí)，則開(kāi)啟功率晶體管，但順序相反。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產(chǎn)生PWM是實(shí)現準確控制速度的核心。
圖2中的開(kāi)關(guān)器件采用MOSFET，它們是不能在關(guān)斷瞬間切換的。如果UH和UL是反向信號，那么，在同一時(shí)刻，一個(gè)開(kāi)關(guān)器件導通，另外一個(gè)開(kāi)關(guān)器件截止。在這段過(guò)渡時(shí)期，會(huì )有一個(gè)短暫的時(shí)間，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)器件并未完全截止，而另一個(gè)也是導通的，這樣會(huì )使電源與地直接連接，使得大電流流經(jīng)晶體管。在工程應用中必須避免這種情況，因為若電路中沒(méi)有必要的硬件保護，極有可能損壞驅動(dòng)裝置。因此，在控制電路中，每個(gè)PWM過(guò)渡期都應增加死區時(shí)間。要求在一個(gè)很小的時(shí)間內，上臂開(kāi)關(guān)和下臂開(kāi)關(guān)都不導通，即產(chǎn)生帶死區的PWM信號。
圖3示出采用ATmega48形成帶死區時(shí)間的PWM信號原理。ATmega48中定時(shí)器／計數器的雙斜率模式可產(chǎn)生帶死區時(shí)間的PWM信號，它能產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于B0TTOM對稱(chēng)的波形。圖3中三角線(xiàn)表示雙斜率相位修正模式下定時(shí)器／計數器T0的計數值。在向上計數時(shí)，當計數值與沒(méi)定值匹配時(shí)，輸出引腳OCOA清0；在向下計數時(shí)，當計數值與設定值匹配時(shí)，輸出引腳OCOA置l。輸出引腳OCOB也采用同樣的設置。PWM占空比則通過(guò)輸出比較寄存器OCROA和輸出比較寄存器OCROB來(lái)設置；A，B兩路PWM相位的輸出相反。當設置的兩個(gè)輸m端比較值相同時(shí)，這兩個(gè)PWM的輸出互補。

為了在上臂開(kāi)關(guān)與下臂開(kāi)關(guān)切換時(shí)插入死區時(shí)間，必須改變0CROB和OCROA的比較值，兩者之差值為插入的死區時(shí)間。如果3個(gè)計時(shí)／計數器都采用同樣的設置，就可產(chǎn)生3對帶死區的PWM波形，但必須保證PWM的輸出是同步的。當采用8位定時(shí)器／計數器產(chǎn)生2路具有不同比較值的PWM信號時(shí)，其最大設定值為255。若采用16位定時(shí)器／計數器，則必須設定為8位相位修正PWM模式。此時(shí)，PWM的基本頻率可由下式確定：

式中：fCPU為CPU的頻率。
無(wú)刷直流電機常采用三相正弦驅動(dòng)方式。常用的方法是把一個(gè)正弦波形數據存儲在存儲器中，通過(guò)程序查表輸出所需的正弦驅動(dòng)信號。由于3個(gè)正弦電壓之間的相位差為120°，因此可以采用一個(gè)正弦波形移位產(chǎn)生所有的正弦驅動(dòng)信號。圖4給出各相驅動(dòng)信號的產(chǎn)生機制和換相時(shí)序。圖中Hl，H2，H3為霍爾傳感器的輸出狀態(tài)；S1～S6為波形產(chǎn)生的步驟；虛線(xiàn)為相位切換波形；實(shí)線(xiàn)為輸出的正弦驅動(dòng)信號。圖5給出用于控制器的換相控制程序設計流程。

4 結語(yǔ)
無(wú)刷直流電機的功率因數高，又無(wú)轉子損耗，因此用于無(wú)刷直流電機調速系統的驅動(dòng)器大都采用電壓源型PWM控制。由于三相無(wú)刷直流電機借助ATmega48單片機進(jìn)行控制．且通過(guò)軟件實(shí)現了帶死區的PWM、霍爾傳感器的換相處理、正弦驅動(dòng)信號的產(chǎn)生和電機的轉速控制，因而所需的外圍器件少，成本低，并且還可提高系統的可靠性。