MC33035在直流無刷電機控制系統中的應用

2012-09-25 02:59:20王陸林劉貴如

單片機與嵌入式系統應用 2012年2期

關鍵詞：設計

王陸林，劉貴如

（奇瑞汽車股份有限公司汽車工程中央研究院主動安全技術研究所，蕪湖 241000）

1 MC33035功能介紹

MC33035是安森美公司推出的第二代無刷直流電機控制專用集成電路，主要組成部分包括轉子位置傳感器譯碼電路、帶溫度補償的內部基準電源、頻率可設定的鋸齒波振蕩器、誤差放大器、脈寬調制（PWM）比較器、輸出驅動電路、欠壓封鎖保護、芯片過熱保護等故障輸出電路和限流電路等。MC33035的典型控制功能包括PWM速度控制、使能控制（啟動或停止）、正反轉控制、相位選擇和制動控制等。

芯片功能引腳定義如表1所列。

SA、SB、SC為霍爾信號輸入端，內部上拉20kΩ電阻，外接霍爾傳感器即可。Fwd／Rew、Brake、Output Enable和60°／120°Select分別為方向、制動、使能和霍爾相位控制端口，內部上拉40kΩ電阻，MCU控制端只要通過光耦或者三極管開漏接地即可進行控制。

如果不采用IC內置的硬件速度環，則將PIN12、13短接，通過PIN11端口輸入PWM即可對電機進行調節控制。如果采用IC內置的硬件速度環則將PIN12、13通過R、C連接，通過PIN11端口輸入PWM進行電機控制，HALL換向反饋信號通過PIN12端口輸入。

表1 MC33035引腳定義

2 基于MC33035的直流無刷電機控制驅動電路設計

在本設計中主控制器以Freescale公司的基于Power－PC構架的32位處理器MPC5604P為例，MPC5604P控制端口通過比較器和MC33035接口，設計了基于MC33035直流無刷電機控制驅動電路。

傳統的直流無刷電機控制驅動電路采用MPC5604P、預驅動IC和MOSFET實現，其中包括電壓泵即自舉電路。本設計是基于直流無刷電機控制芯片MC33035實現的，MC33035實現預驅動和電子自動換向功能，采用MC33035實現直流無刷電機的控制驅動電路，既簡化了電路設計，同時也減輕了MPC5604P的運算量。MPC5604P和MC33035之間通過光耦或者比較器實現電平轉換。本設計采用LM339比較器開漏輸出實現MPC5604P對MC33035的開關控制，電路設計原理包括4部分。其中基于MC33035的直流無刷電機驅動控制電路原理圖如圖1所示。電流采集芯片AD8210可使反饋的電流模擬信號直接輸入MPC5604P的A／D引腳，其中R2為3W／5mΩ的電流采樣電阻，R1和C1組成了MC33035的外部時鐘輸入電路。可以通過調節R和C的值來設定RC振蕩器頻率。MC33035的Reternce Output提供約6.25V的輸出電壓，可以為霍爾傳感器供電。SA、SB、SC為霍爾輸入信號，內部已經連接20kΩ上拉電阻，所以只需外接霍爾傳感器即可。

圖1 基于MC33035的直流無刷電機控制驅動電路原理圖

電平轉換電路如圖2所示。一路霍爾信號HALL＿A經過比較器LM339轉換為0～5V的脈沖信號到MPC5604P，用于電機故障自檢和電機轉速計算；另外，MC33035的方向和使能控制端由MPC5604P通過比較器LM339進行隔離和控制。DIRMCU和ENABLEMCU的I／O輸出電平與4.5V的參考電平比較，實現對MC33035的DIR和ENABLE端口的開漏控制。

圖2 電平轉換電路

MC33035、LM339、AD8210YRZ和 MPC5604P的連接電路如圖3所示。MPC5604P通過PWM輸出控制MC33035下背管控制端占空比，從而實現對電機的轉速和輸出扭矩的控制。MPC5604P通過28引腳A／D端口輸入的電流反饋信號計算電機實際電流，進而和目標電流比較實現電流環的PI調節。

圖3 MC33035、LM339、AD8210YRZ和MPC5604P的連接電路

3 基于MC33035的電機驅動控制程序設計

本設計使用了MPC5604P的4個信號引腳，開發和編譯環境為CodeWarrior for MPC55xx V2.3，調試下載工具為USB PowerPC Nexus Multilink調試器。

3.1 控制引腳初始化

ENABLE＿MCU和DIR＿MCU控制引腳的初始化，通過配置SIU.PCR［5］、SIU.PCR［9］寄存器將PIN8、PIN94引腳配置為I／O輸出引腳，即SIU.PCR［5］.R＝0x0202和SIU.PCR［9］.R＝0x0202。通過賦值操作SIU.GPDO［5］.R＝0／1和SIU.GPDO［9］.R＝0／1，即可使對應的控制引腳輸出高／低電平。

3.2 PWM初始化配置

PWM輸出引腳的初始化配置，第一步通過配置PSMI寄存器將flexpwm0A［0］分配到PIN53引腳，配置如下：

SIU.PSMI［20］.B.PADSEL＝1；

第二步通過SIU.PCR寄存器的配置將PIN53多功能引腳配置為PWM輸出，配置如下：

下面為flexpwmx模塊的初始化：

通過調用函數FlexPWM＿Init（0）即可將本設計中使用的flexpwm0模塊初始化。接下來使能PWMA，B輸出

配置如下：

PWMA輸出函數如下：

在控制程序中通過以下函數調用、配置數據重載、PWM輸出和MC33035使能即可按設定的方向和占空比驅動電機。

3.3 A／D初始化

首先通過SIU.PCR［33］.R＝0x2400操作將PIN28引腳配置為A／D輸入引腳，通過AD8210輸出的模擬信號CURRENT間接算出通過電機的電流。本設計中使用了MPC5604P片內ADC0模塊的AN［2］通道，初始化配置如下：

在本設計中通過ADC1的1路硬件監控電路對每次A／D采集的值和預先設置的值進行比較，當采集的值超出通過ADC＿0.THRHLR0.R設定的上下限時將產生中斷，通過中斷服務程序將MOTOR＿CON輸出低電平使驅動IC進入Sleep模式即可實現過流保護。初始化和中斷服務函數注冊如下：

在SIR服務函數中，通過“SIU.GPDO［44］.R＝0”語句即可關閉驅動IC。接下來通過發送A／D通道轉換命令并查詢狀態標志位，當轉換完畢即可通過讀取ADC＿0.CDR［0］.B.CDATA寄存器得到采集的電壓值，并通過公式IL＝Vout／20／R15計算得到通過電機的電流，從而實現電機的電流閉環控制。