基于dsPIC30F4012的无刷直流电动机控制系统设计

2012-07-23吴青萍

微特电机 2012年8期

关键词：反电动势三相波形

吴青萍

(常州信息职业技术学院，江苏常州213164)

0引言

无刷直流电动机是由电机本体(定子侧为电枢，转子侧为永磁体)、位置传感器和电子换向线路三大部分组成，如图1所示［1］。

图1 无刷直流电动机框图

由于无刷直流电动机没有换向器和电刷组成的机械接触机构，因此无刷直流电动机没有换向火花，寿命长，运行可靠、维护简便，因此在需要长期稳定运行的风机和泵的负载条件下得到了广泛的应用。

1基于dsPIC的无刷直流电动机控制系统的设计

无刷直流电动机主要参数如下:输入额定电压为直流270 V、输入额定电流4．2 A、额定电机转速为12 000±200 r/min，额定输出功率1 000 W;产品具有软起动、转速可调、温度保护的功能;结合要求，我们选择dsPIC30F4012作为主控制芯片，其A/D通道、I/O等能够满足设计需要，经济性也较好。

无刷直流电动机的控制方案采用典型的三相六状态电路［3］，其主电路框图如图2所示。

图2 控制电路主框图

其工作原理是输入功率电源270 V电压通过滤波电路后施加在由功率MOSFET管组成的三相功率桥上;由霍尔换相信号检测与整形电路产生的三路转子位置信息信号经dsPICF4012处理后产生PWM控制信号，通过功率驱动模块，输出三组电机方波驱动电压，依次给电机三相绕组导电，从而驱动电机转动。

图3 dsPIC30F4012外围电路

(1)dsPIC30F4012外围电路设计

外围电路主要包含仿真接口、模拟输入接口、振荡电路、复位电路、通信接口等。电路如图3所示，实验证明该外围电路能够使芯片正常稳定工作。

(2)MOS管驱动电路及三相全桥功率变换电路设计

为了保护逻辑电路安全工作并产生足够大的电流驱动功率MOS管，必须采用一定的装置来满足这一功能。6ED003L06-F是Infineon生产的MOS功率器件专用栅极驱动集成电路，可输出的最大正向峰值驱动电流为440 mA，通过内部自举技术，外部的三个高反压快恢复二极管D2、D3、D4和自举电容C37～C42可以产生足够的电流驱动功率MOS管。本文采用典型的三相全桥功率变换电路，采用SPW47N60C3高压功率MOS管，可通过的最大电流为47 A、耐压650 V，满足本文的技术要求。电路如图4所示。

图4 MOS管驱动电路及三相全桥功率变换电路

(3)温度保护电路及参数设计

本文采用NTC热敏电阻，保护电路及参数如图5所示。

表1 NTC热敏电阻的温度特性

图5 温度保护电路

NTC为热敏电阻，过温电路一直有效。常态下，温度处于120℃以内，U9B的MCP6002的引脚7的输出一直保持在高电平状态(该引脚的低电平状态会引起单片机的外部中断)，当NTC的温度达到120℃时，保护电路将在U9B的MCP6002的引脚7输出低电平，并输入dsPIC单片机的INT1引脚，引发中断并关断所有的PWM脉冲输出，从而达到过温保护的作用。

(4)母线电流检测电路及参数设计

为了对电流进行有效控制，采用电流环控制，因此需实时精确测量母线电流，电路如图6所示。