純電動(dòng)車無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

楊 彬，陳裕平（廣西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

純電動(dòng)車無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

楊 彬，陳裕平
（廣西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

本文以單片機(jī)PIC16F877A為控制芯片，基于Proteus和MPLAB設(shè)計(jì)了無刷直流電機(jī)控制器的主電路和主程序模塊并進(jìn)行了仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的控制器能正常工作，滿足電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速要求。

PIC16F877A；無刷直流電機(jī)；Proteus

1 引言

當(dāng)今國內(nèi)外純電動(dòng)車采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要分為異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和無刷直流電機(jī)[1]，而直流無刷電動(dòng)機(jī)具有工作效率高、技術(shù)成熟可靠以及成本低的優(yōu)點(diǎn)，能更好的滿足電動(dòng)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要求，因此本文以無刷直流電機(jī)為研究對象，通過運(yùn)用Proteus軟件設(shè)計(jì)了車用電機(jī)控制器的主電路、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路和位置檢測電路等硬件電路，采用Mplab設(shè)計(jì)了控制器主程序模塊并進(jìn)行了仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的控制器能滿足電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速要求。

2 基于Proteus的硬件電路設(shè)計(jì)

控制器的硬件設(shè)計(jì)主要有：控制器芯片外圍電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、逆變電路設(shè)計(jì)和位置檢測電路設(shè)計(jì)等[2,3]。

2.1 功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

功率驅(qū)動(dòng)采用三相全橋驅(qū)動(dòng)[2]，通過單片機(jī)輸出端口連接三個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2101，三個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2101控制六個(gè)MOSFET管導(dǎo)通。圖1為1路的功率驅(qū)動(dòng)電路圖，其中D1為充電二極管，C2為自舉電容。工作原理：當(dāng)HIN輸入為高電平，且LIN為低電平時(shí)，H0輸出為高電平，驅(qū)動(dòng)MOS管Q1；當(dāng)HIN輸入為低電平，且LIN為高電平時(shí)，L0輸出為高電平，驅(qū)動(dòng)MOS管Q2。按此規(guī)律驅(qū)動(dòng)六個(gè)MOS管以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 功率驅(qū)動(dòng)電路圖

2.2 控制芯片外圍電路設(shè)計(jì)

控制芯片外圍電路如圖2所示。單片機(jī)PIC18F877A通過不斷讀取RB0、RB1和RB2的3路信號(hào)（霍爾位置傳感器傳來的信號(hào)），通過程序查詢開關(guān)切換表，從RD端口輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給IR2101芯片驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中RB5和RB6接的是電機(jī)正反轉(zhuǎn)選擇按鈕。

3 仿真結(jié)果分析

在Proteus軟件上將生成的hex文件導(dǎo)入其控制芯片中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。圖3為電機(jī)正常工作時(shí)的各相端電壓波形，由于制作工藝的原因，波形與理想的方波稍有差別，但當(dāng)轉(zhuǎn)速越來越高時(shí)，端電壓波形越接近方波。

此外，在每一次換相的瞬間，每相的端電壓都出現(xiàn)一條尖峰，其幅值略高于端電壓幅值，這是由于MOSFET開關(guān)管開啟瞬間電流灌充進(jìn)開關(guān)管引起的現(xiàn)象，如MOSFET管制作工藝較好，尖峰幅值會(huì)相應(yīng)降低，但不能做到完全消除。此外，在較高頻率的脈寬調(diào)制系統(tǒng)中，流經(jīng)電機(jī)的電流變化比較大，容易產(chǎn)生寄生地電壓，并且元器件開關(guān)損耗和電機(jī)噪聲的問題也會(huì)導(dǎo)致控制電路也在一定程度上受到影響[5]，使波形出現(xiàn)許多毛刺。

圖2 控制芯片外圍電路

圖3 轉(zhuǎn)速為800RPM時(shí)各相端電壓波形

4 結(jié)論

本文通過運(yùn)用Proteus仿真軟件，完成了無刷直流電機(jī)控制器的主電路和主程序模塊設(shè)計(jì)并進(jìn)行了仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的調(diào)速、正反轉(zhuǎn)，并且電機(jī)的啟動(dòng)性和穩(wěn)定性均比較好，這對實(shí)際純電動(dòng)車控制器的硬件電路設(shè)計(jì)有參考意義。

[1]牛海清,謝運(yùn)祥.無刷直流電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展[J].微電機(jī),2002（35）.

[2]金鑫.永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)與電磁分析[D].南京理工大學(xué),2013.

[3]劉宏.基于DSP的直流無刷電機(jī)電子調(diào)速器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息,2009（16）.

[4]許家群,宗立志,段建民.無刷直流電機(jī)相序測定實(shí)用方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008（17）:117-119.

[5]王強(qiáng).電動(dòng)叉車用無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制技術(shù)研究[D].重慶大學(xué),2007.