纯电动车无刷直流电机控制器设计

杨彬　陈裕平

摘 要：本文以单片机PIC16F877A为控制芯片，基于Proteus和MPLAB设计了无刷直流电机控制器的主电路和主程序模块并进行了仿真，实验结果表明设计的控制器能正常工作，满足电机的正反转和调速要求。

关键词：PIC16F877A；无刷直流电机；Proteus

1 引言

当今国内外纯电动车采用的驱动电机主要分为异步电机、开关磁阻电机和无刷直流电机[1]，而直流无刷电动机具有工作效率高、技术成熟可靠以及成本低的优点，能更好的满足电动车用驱动电机的性能要求，因此本文以无刷直流电机为研究对象，通过运用Proteus软件设计了车用电机控制器的主电路、驱动电路、逆变电路和位置检测电路等硬件电路，采用Mplab设计了控制器主程序模块并进行了仿真，实验结果表明设计的控制器能满足电机的正反转和调速要求。

2 基于Proteus的硬件电路设计

控制器的硬件设计主要有：控制器芯片外围电路设计、驱动电路设计、逆变电路设计和位置检测电路设计等[2，3]。

2.1 功率驱动电路设计

功率驱动采用三相全桥驱动[2]，通过单片机输出端口连接三个驱动芯片IR2101，三个驱动芯片IR2101控制六个MOSFET管导通。图1为1路的功率驱动电路图，其中D1为充电二极管，C2为自举电容。工作原理：当HIN输入为高电平，且LIN为低电平时，H0输出为高电平，驱动MOS管Q1；当HIN输入为低电平，且LIN为高电平时，L0输出为高电平，驱动MOS管Q2。按此规律驱动六个MOS管以驱动电机转动。

2.2 控制芯片外围电路设计

控制芯片外围电路如图2所示。单片机PIC18F877A通过不断读取RB0、RB1和RB2的3路信号（霍尔位置传感器传来的信号），通过程序查询开关切换表，从RD端口输出相应的驱动信号给IR2101芯片驱动MOS管导通，使得电机运转，其中RB5和RB6接的是电机正反转选择按钮。

3 仿真结果分析

在Proteus软件上将生成的hex文件导入其控制芯片中，进行实验调试。图3为电机正常工作时的各相端电压波形，由于制作工艺的原因，波形与理想的方波稍有差别，但当转速越来越高时，端电压波形越接近方波。

此外，在每一次换相的瞬间，每相的端电压都出现一条尖峰，其幅值略高于端电压幅值，这是由于MOSFET开关管开启瞬间电流灌充进开关管引起的现象，如MOSFET管制作工艺较好，尖峰幅值会相应降低，但不能做到完全消除。此外，在较高频率的脉宽调制系统中，流经电机的电流变化比较大，容易产生寄生地电压，并且元器件开关损耗和电机噪声的问题也会导致控制电路也在一定程度上受到影响[5]，使波形出现许多毛刺。

4 结论

本文通过运用Proteus仿真软件，完成了无刷直流电机控制器的主电路和主程序模块设计并进行了仿真。实验结果表明，设计的控制器能够实现电机的调速、正反转，并且电机的启动性和稳定性均比较好，这对实际纯电动车控制器的硬件电路设计有参考意义。

参考文献：

[1]牛海清，谢运祥.无刷直流电动机及其控制技术的发展[J].微电机，2002（35）.

[2]金鑫.永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D].南京理工大学，2013.

[3]刘宏.基于DSP的直流无刷电机电子调速器系统设计[J].黑龙江科技信息，2009（16）.

[4]许家群，宗立志，段建民.无刷直流电机相序测定实用方法[J].现代电子技术，2008（17）：117-119.

[5]王强.电动叉车用无位置传感器无刷直流电机控制技术研究[D].重庆大学，2007.endprint