Atmega32M1的電動(dòng)工具電機驅動(dòng)方案

有刷直流電機電刷的磨損高，經(jīng)常會(huì )出故障，維護起來(lái)也較為麻煩。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)刷直流電機逐漸替代了以前廣范使用的有刷電機，通過(guò)三個(gè)霍爾傳感器感應轉子的位置完成換向，大大提高了電機的使用壽命，也比之前的機械換向直流電機更可靠，對控制系統來(lái)說(shuō)更為合適。然而每個(gè)霍爾傳感器都有一根引線(xiàn)，和之前的有刷的電機相比，引線(xiàn)數量的增加也意味著(zhù)成本的一定提升，也增加了故障風(fēng)險。無(wú)刷無(wú)霍爾直流電機在此基礎上省去了霍爾傳感器的引線(xiàn)，在降低成本的基礎上也保證了可靠性，因此得到了越來(lái)越廣泛的使用。

百特電子為電動(dòng)工具開(kāi)發(fā)了一套“無(wú)霍爾傳感器直流無(wú)刷電機”的解決方案，直接接入220V市電就可以驅動(dòng)電鉆等電動(dòng)工具正常工作，還可以方便地進(jìn)行調速，同時(shí)省去了霍爾傳感器的引線(xiàn)，減少了潛在故障的可能。

這套方案采用Atmel的8位MCU Atmega32M1作為主控芯片，芯片集成了PWM調制，有32KB的可編程Flash存儲空間，2KB SRAM 和1KB EEPROM，以及8通道10位A/D轉換器。圖1和圖2分別給出了方案框圖和參考設計電路板。

電路可以分為三部分：輸入和開(kāi)關(guān)電源、MCU控制和IGBT驅動(dòng)。系統通過(guò)反電動(dòng)勢方法檢測轉子位置，根據轉子位置發(fā)出控制信號，改變PWM當前值，進(jìn)而改變IGBT的導通順序實(shí)現對電機轉速的控制。反電勢檢測是關(guān)鍵所在，Atmega32M1具有3個(gè)單獨的比較器，用于電機的反電動(dòng)勢測量；其12位多用途同步功率級控制器的時(shí)鐘頻率高達64MHz，可提供6個(gè)互補的可編程高速精確信號，來(lái)控制電機的3個(gè)半橋。另外，百特電子的反電動(dòng)勢算法能夠確保轉子位置檢測的準確性，對直接使用220V市電的電動(dòng)工具來(lái)說(shuō)，也保證了使用的安全可靠。

在無(wú)刷直流電機系統中，電路保護起著(zhù)非常重要的作用。Atmega32M1有一個(gè)額外的比較器可用于過(guò)流檢測，其參考電平(比較電平)可以是DAC輸出或任意外部參考電壓。溫度檢測、運算放大調理電路和A/D轉換器保證了系統在外界輸入異常的情況下，不會(huì )出現過(guò)壓、過(guò)流等影響電路正常工作甚至造成損害的情況。另外，硬件故障檢測模塊一旦檢測到故障，會(huì )立即自動(dòng)將電機設于安全狀態(tài)。

基于A(yíng)tmega32M1的方案除了在電動(dòng)工具上應用之外，汽車(chē)的車(chē)身控制也是未來(lái)的應用領(lǐng)域之一。隨著(zhù)汽車(chē)中的電機數量越來(lái)越多，汽車(chē)制造商需要尺寸更小、重量更輕，并且扭矩大于有刷電機的電機產(chǎn)品。廠(chǎng)商正逐步轉用需要更復雜電子器件來(lái)精確控制速度和扭矩的無(wú)刷直流電機，這為汽車(chē)制造帶來(lái)了一些新的挑戰，其中包括高溫問(wèn)題，因為某些引擎蓋下的應用溫度高達150℃。

ATmega32M1就是針對這一需求而設計的產(chǎn)品。它采用高性能的AVR 8位RISC架構，集成了滿(mǎn)足復雜算法要求的所有基本外設，包括各種模擬模塊，如帶有差分放大器和可編程增益選項的10位ADC、比較電平可選擇的模擬比較器、I/O引腳電平變化中斷。ATmega32M1具備汽車(chē)系統環(huán)境下控制無(wú)刷直流電機所需的全部資源。

具有防夾功能的車(chē)窗升降電機控制就是無(wú)刷直流電機發(fā)揮作用的場(chǎng)合，通風(fēng)、空調等控制也屬于同一類(lèi)應用。另外汽車(chē)電子中使用嵌入式處理器的一項關(guān)鍵要求是CAN和LIN的通信協(xié)議棧必須高效且具備良好的支持。Atmel的控制方案一直以來(lái)在汽車(chē)領(lǐng)域都有非常領(lǐng)先的優(yōu)勢，ATmega 32M1這款芯片也支持CAN/LIN，非常適合汽車(chē)電子的應用。據介紹，百特電子也將基于這款芯片開(kāi)發(fā)汽車(chē)電子、家電等應用方案。