基于PSoC4的BLDC電機控制系統的設計與實(shí)現

　　對比基于PSoC4的控制方案和當前市場(chǎng)上的主流商用方案我們不難發(fā)現，PSoC4由于集成了豐富的片內模擬和數字資源，可以完全用片內的硬件來(lái)完成無(wú)刷直流電機的順序換相和電流監控，比軟件實(shí)現更加快速可靠，且節省了可觀(guān)的片外有源器件的成本。此外，片內的UDB還可以直接檢測霍爾傳感器的失效狀態(tài)，并迅速保護電機，這也是其它廠(chǎng)商所不具備的重要功能。

　　5. 基于PSoC4 的無(wú)刷直流電機控制系統設計

　?、?控制原理圖設計

　　依據圖4的控制框圖，我們設計了圖5所示的在PSoC Creator環(huán)境下的BLDC電機控制原理圖。

　　霍爾信號經(jīng)I/O引腳后直接輸入UDB換相邏輯表LUT_Cmut直接驅動(dòng)三相全橋電路，完成電機的硬件換相。同時(shí)霍爾信號也同步輸入另一個(gè)UDB邏輯表LUT_Spd,實(shí)現霍爾傳感器的失效狀態(tài)檢測并完成電機的速度檢測。

　　電機電流經(jīng)采樣電路后輸入片內運放Opamp_1,經(jīng)運放和濾波后輸入片內比較器，與片內IDAC產(chǎn)生的過(guò)流閾值基準進(jìn)行比較，反轉后將直接關(guān)斷PWM輸出，通過(guò)換相邏輯表LUT_Cmut來(lái)使電機斷電。

　　圖5:步進(jìn)電機控制原理圖

　?、?控制系統軟件設計

　　由于采用了PSoC4片內硬件進(jìn)行換相、霍爾失效檢測和過(guò)流檢測保護，因此系統的的軟件設計較為簡(jiǎn)捷，只需讀取用戶(hù)命令和完成速度閉環(huán)調節等即可。圖6為控制系統主程序流程框圖。

　　圖6:主程序流程圖

　　控制主程序首先初始化和配置PSoC4的內部資源，在主循環(huán)中首先檢測用戶(hù)的起停命令和速度給定，在執行速度閉環(huán)PI調節。最后檢測母線(xiàn)電壓狀態(tài)。

　?、?控制系統實(shí)驗結果

　　完成系統前述的系統原理圖和程序設計后，在PSoC Creator環(huán)境下編譯BLDC電機控制工程，并連接PSoC4開(kāi)發(fā)板，三相全橋驅動(dòng)板與BLDC電機，通電后電機可正常運行。圖7顯示電機運行在4000RPM時(shí)的霍爾信號與三相繞組反電動(dòng)勢波形。通道1,2,3分別為相繞組A,B,C反電動(dòng)勢波形。

　　由圖可以看出，BLDC電機運行穩定，反電動(dòng)勢為標準的梯形波。

　　圖7: 三相霍爾信號與繞組反電動(dòng)勢波形

　　6. 小結

　　本文主要介紹了如何在Cypress推出的PSoC家族的最新成員PSoC4平臺上開(kāi)發(fā)有傳感器BLDC電機控制系統。本文的設計過(guò)程說(shuō)明，PSoC4片內集成的豐富資源使BLDC電機的換相和霍爾失效檢測都可以由內部硬件來(lái)完成，簡(jiǎn)化了控制系統的軟件設計并提高了可靠性。此外，片內集成的運放和比較器將電流檢測和保護也放在芯片內部完成，使過(guò)流檢測反應速度更快并進(jìn)一步降低了成本。因此，用戶(hù)可以使用PSoC4設計出具有優(yōu)異性能和較低價(jià)格的有傳感器BLDC電機控制系統和產(chǎn)品。