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微型无刷直流电机的无位置传感器控制

日期:2019-01-10 17:39

  电机的无的难点在于转子位置信号的检测,目前国内外研究人员提出了诸多方法,其中反电动势法最为简单、可靠,应用范围最广泛。普遍采用的方案为基于DSP的控制和基于专用集成电路的控制等,但是其价格高、体积大,不利于用在电机控制器中。本文介绍基于C8051F330单片机、检测反电动势法的无位置无刷直流电机的控制器,系统结构简单,体积超小型,价格低廉,运行性能良好。

  实现无刷直流电机电子换相及PWM控制的逆变器主电路如图1a所示。采用两两通电方式,即每一个瞬间有两个功率管导通,每隔60电角度换相1次,每一功率管导通120电角度。功率管的导通顺序是:V6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6。

  在方波无刷直流电机中,定子绕组的反电动势波形(即气隙磁通波形)为正负对称的梯形波,如图1b所示。从图中可以看出当检测到不通电相绕组的反电动势为零时,以此作为起点滞后30电角度,即为最佳换相时刻。因此只要测出各相反电动势的过零点就可获得三相电机所需的6个关键位置信号,进而实现定子绕组的正确换流。电动机绕组中性点0一般未引出,直接测定绕组反电动势相值比较困难,而便于测量的是三相定子绕组对地的端电压。端电压过中点(直流电源电压的一半)与反电动势过零点在时间上是重合的,所以寻找反电动势的过零点后30电角度即相当于寻找端电压的过中点后30电角度。

  系统的硬件电路图如图2所示,以C8051F330单片机、逆变桥电路、端电压检测电路、稳压电路等组成。本电路设计得非常简洁,各种元器件都使用小型的贴片封装,非常适合对成本和体积都比较敏感的微型电机控制器。

  逆变桥电路中上桥臂为P型MOSFET器件FDS6679,下桥臂为N型MOSFET器件M4410B,均为低电压驱动器件。FDS66 79通过一个NPN型三极管驱动,而M441 0B由C8051F330的P1口直接驱动(P1口设置成推挽输出)。PWM控制模式定为:PWM仅应用于半桥的下端MOSFET,同时换流的上端(对角线)MOSFET仅起换相通断控制。

  电源电压和电流的检测:当UV相通电,在PWM开通期间检测U相的端电压Uu,由于MOSFET的通态电压很小(小于0.1V),端电压uu可以近似看作是电源电压UD;在下桥臂源极和电源地之间串接采样电阻,通过P0.4口检测电阻电压得到电流值,输入信号先经过内部可编程增益放大器放大,再作A/D转换。

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