基于dsPIC30F4012的無刷直流電動機控制系統設計

2012-07-23 06:38:24吳青萍

微特電機 2012年8期

吳青萍

(常州信息職業技術學院，江蘇常州213164)

0引言

無刷直流電動機是由電機本體(定子側為電樞，轉子側為永磁體)、位置傳感器和電子換向線路三大部分組成，如圖1所示［1］。

圖1 無刷直流電動機框圖

由于無刷直流電動機沒有換向器和電刷組成的機械接觸機構，因此無刷直流電動機沒有換向火花，壽命長，運行可靠、維護簡便，因此在需要長期穩定運行的風機和泵的負載條件下得到了廣泛的應用。

1基于dsPIC的無刷直流電動機控制系統的設計

無刷直流電動機主要參數如下:輸入額定電壓為直流270 V、輸入額定電流4．2 A、額定電機轉速為12 000±200 r/min，額定輸出功率1 000 W;產品具有軟起動、轉速可調、溫度保護的功能;結合要求，我們選擇dsPIC30F4012作為主控制芯片，其A/D通道、I/O等能夠滿足設計需要，經濟性也較好。

無刷直流電動機的控制方案采用典型的三相六狀態電路［3］，其主電路框圖如圖2所示。

圖2 控制電路主框圖

其工作原理是輸入功率電源270 V電壓通過濾波電路后施加在由功率MOSFET管組成的三相功率橋上;由霍爾換相信號檢測與整形電路產生的三路轉子位置信息信號經dsPICF4012處理后產生PWM控制信號，通過功率驅動模塊，輸出三組電機方波驅動電壓，依次給電機三相繞組導電，從而驅動電機轉動。

圖3 dsPIC30F4012外圍電路

(1)dsPIC30F4012外圍電路設計

外圍電路主要包含仿真接口、模擬輸入接口、振蕩電路、復位電路、通信接口等。電路如圖3所示，實驗證明該外圍電路能夠使芯片正常穩定工作。

(2)MOS管驅動電路及三相全橋功率變換電路設計

為了保護邏輯電路安全工作并產生足夠大的電流驅動功率MOS管，必須采用一定的裝置來滿足這一功能。6ED003L06-F是Infineon生產的MOS功率器件專用柵極驅動集成電路，可輸出的最大正向峰值驅動電流為440 mA，通過內部自舉技術，外部的三個高反壓快恢復二極管D2、D3、D4和自舉電容C37～C42可以產生足夠的電流驅動功率MOS管。本文采用典型的三相全橋功率變換電路，采用SPW47N60C3高壓功率MOS管，可通過的最大電流為47 A、耐壓650 V，滿足本文的技術要求。電路如圖4所示。

圖4 MOS管驅動電路及三相全橋功率變換電路

(3)溫度保護電路及參數設計

本文采用NTC熱敏電阻，保護電路及參數如圖5所示。

表1 NTC熱敏電阻的溫度特性

圖5 溫度保護電路

NTC為熱敏電阻，過溫電路一直有效。常態下，溫度處于120℃以內，U9B的MCP6002的引腳7的輸出一直保持在高電平狀態(該引腳的低電平狀態會引起單片機的外部中斷)，當NTC的溫度達到120℃時，保護電路將在U9B的MCP6002的引腳7輸出低電平，并輸入dsPIC單片機的INT1引腳，引發中斷并關斷所有的PWM脈沖輸出，從而達到過溫保護的作用。

(4)母線電流檢測電路及參數設計

為了對電流進行有效控制，采用電流環控制，因此需實時精確測量母線電流，電路如圖6所示。