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直流電機控制器開發(fā)的三大要點

2021-03-18 15:16:00

電機的應(yīng)用非常廣泛,遍及信息處理、音響設(shè)備、汽車電氣設(shè)備、國防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等生活各個領(lǐng)域。按照電源種類分為直流電動機和交流電動機,無刷直流電機就屬于直流電動機的一種。

直流電機控制器模塊設(shè)計三大要點

一、大電流驅(qū)動電機

電機驅(qū)動是一個大電流驅(qū)動,又是一個電感性負(fù)載,控制器在運行時不可避免有干擾引入,因此除了在硬件布局,布線上注意外,軟件上也要做相應(yīng)的抗干擾措施以避免錯誤的換向動作。考慮到輸入到單片機的換相信號容易受干擾,加上線路上濾波電容的影響,單片機程序在讀取換相信號時應(yīng)至少連續(xù)讀取3次,以3次信號完全一致時才采用該值作為換相信號的真值,如果其中一次不對,那么干脆就重新再讀3次,這就是一個有抗干擾措施的鑒相過程。取得換相信號后,我們將其與上次讀到的值做對比,如果相同,則表示沒有換相,如果不同,則要跟據(jù)這個值去取得一個相對應(yīng)的驅(qū)動信號,從而驅(qū)動電子開關(guān)動作。這個過程可以使用逐項比較法、查表法等來實現(xiàn)。

市面上有兩種電機,即所謂的120°和60°霍爾信號,這個角度代表三個霍爾器件輸出的三相電信號其相位角相差的角度,其實這里面的區(qū)別僅僅是電平的不一樣,在馬達(dá)內(nèi)部的安裝上,位置沒什么不同,只是中間一相的相位相反,所以仍然是六種信號對應(yīng)六種驅(qū)動,軟件上將表稍作調(diào)整即可。需要提一下的是,在120°的霍爾信號中,不可能出現(xiàn)二進(jìn)制0B000和0B111的編碼,所以在一定程度上避免了因霍爾零件故障而導(dǎo)致的誤操作。因為霍爾元件是開路輸出,高電平依靠電路上的上拉電阻提供,一旦霍爾零件斷電,霍爾信號輸出就是0B111。一旦霍爾零件短路,霍爾信號輸出就是0B000,而60°的霍爾信號在正常工作時這兩種信號均會出現(xiàn),所以一定程度上影響了軟件判斷故障的準(zhǔn)確率。目前市面馬達(dá)已經(jīng)逐漸舍棄60°相位的霍爾排列。

二、限流驅(qū)動模塊

這是整個控制器的靈魂,如果限流驅(qū)動沒做好,其他功能再好還是一個字:燒!。電動車控制器的電子開關(guān)均使用功率MOSFET控制,MOSFET的最大允許電流,最大允許功耗都有其限制,如果沒有電流控制,或者電流控制不好,均會導(dǎo)致功率MOSFET的燒毀,從而導(dǎo)致整個控制器報廢,因此電流控制是本程序的重中之重,這個做不好,其它功能一概免談。說起來嚴(yán)重,其實做起來,摸到竅門也是很簡單的,其秘訣也只有四個字:準(zhǔn)確,及時。

電流信號經(jīng)康銅絲采樣之后分兩路,一路送至放大器,一路送至比較器。具體電路見硬件部分。放大器用來實時放大電流信號,放大倍數(shù)大約6.5倍,放大后的信號提供給單片機進(jìn)行AD采樣轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換所得數(shù)字用來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號送至比較器,當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過允許值,比如一只MOSFET擊穿或誤導(dǎo)通時,比較器翻轉(zhuǎn)送出低電平,觸發(fā)單片機的INT0外部中斷,使單片機能夠快速關(guān)斷驅(qū)動,從而保護(hù)MOSFET避免更大傷害。

三、剎車斷電模塊

電動車在剎車手柄附近裝了一個微動開關(guān),一方面在剎車時點亮剎車燈,一方面給控制器提供一個剎車高或低電平信號,各廠家不一定,在電路上作一些電平轉(zhuǎn)換很容易就可以提供給單片機一個準(zhǔn)確的信號,我們可以采用數(shù)字測量的方法測量這個電平是高還是低,也可以使用AD去測量有幾伏,總之監(jiān)測到這個信號后必須關(guān)閉所有的驅(qū)動輸出和PWM輸出,這樣就可以實現(xiàn)剎車斷電。

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