摘要：無傳感器BLDC電機具有直流電機結(jié)構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。本設計方案采用東芝三相直流無刷驅(qū)動器TB6588FG和MSP430F12012作為核心硬件電路，詳細介紹了電機調(diào)速控制電路、電機保護電路和電機速度調(diào)速的信號檢測及調(diào)整的軟件實現(xiàn)方法。
關鍵詞：TB6588FG；三相無刷電機；MSP430F2012
引言
永磁無刷直流電機及其控制一直是電機發(fā)展的研究熱點。無刷直流電機體積小，效率高。它既具有交流電機結(jié)構簡單、運行可靠、維護方便的特點，又具備直流電機那樣良好的調(diào)速特性而無機械式換向器，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。本控制系統(tǒng)設計了以SP430F201 2單片機及TB6588FG集成驅(qū)動器為核心的硬件平臺，微處理器采集TB6588FG的速度反饋脈沖，利用數(shù)字電位器調(diào)整電壓來進行閉環(huán)速度控制。
在無傳感器無刷直流電機的控制中，轉(zhuǎn)子位置的判斷、電機的啟動及電流的換相均由控制系統(tǒng)完成，功能十分復雜，對控制裝置的硬件與軟件設計提出了很高的要求。采用基于DSP的無傳感器無刷直流電機控制方法，借助DSP的強大的運算處理能力，完成軟件實現(xiàn)的反電動勢檢測換相和開環(huán)啟動，在電路設計上較為復雜，與閥門控制系統(tǒng)要求電路設計簡單的要求相矛盾，而且在軟件的編制上也有一定的難度。本設計采用的TB6588FG專用控制器，使系統(tǒng)控制電路十分簡單，內(nèi)部具有驅(qū)動電路，不需外配MOS管，也無需使用DSP等高端控制器芯片，只需要使用一顆普通的MSP430就能完成系統(tǒng)的控制功能。軟件上大大簡化，微處理器只需對外面的開關信號做出處理，就能實現(xiàn)電機可靠的運轉(zhuǎn)。
1 系統(tǒng)總體設計
在閥門控制設計中，對設計者的最大挑戰(zhàn)是如何電路設計簡單，在有限的空間里放置電子元器件。本設計中采用MSP430F2012作為系統(tǒng)的控制核心，處理電機的啟停、速度檢測、速度調(diào)節(jié)，并對外面的開關量進行處理。將有關電機的所有控制功能交給TB6588FG處理，系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。
TB6588FG是為三相無傳感器無刷直流電機驅(qū)動而設計的專用控制芯片，通過改變模擬電壓改變PWM的占空比，來調(diào)節(jié)速度。驅(qū)動電機的電流典型值為1．5 A，峰值高達2．5 A，具有過流保護功能。供應電壓為7～42V。具有正反轉(zhuǎn)控制功能。具有控制星形連接的無傳感器無刷直流電機的所需要的全部功能，主要功能包括：啟動電路，反向電動勢換相控制，PWM速度控制，欠壓限流保護等。使用TB6588FG，無論從硬件上還是軟件上，減少了單片機的工作量，用體積小、價格很便宜的MSP430F2012，就可完成所有的工作。單片機主要完成電機速度脈沖檢測，然后控制算法調(diào)節(jié)數(shù)字電位器，來改變控制速度的模擬電壓，調(diào)節(jié)速度。TB6588FG具有欠壓限流功能，實現(xiàn)對電機的保護。
2 電機控制電路設計
TB6588FG電機控制電路如圖2所示。
3 電機啟動
電機的啟動基于VSP的模擬輸入電壓。當此電壓大于1 V時，電機開始啟動，此時電機處于靜止狀態(tài)，電機的轉(zhuǎn)子的位置不能確定。首先通過一個激勵電壓，使電機進入直流激活模式。當電機轉(zhuǎn)動的時候，檢測到電機線圈的反向電動勢。然后驅(qū)動器進入強迫通信模式，強迫通信模式的時間被外部的電容來決定。如圖3所示，a階段是DC激活時間，DC激活時間的調(diào)整公式為TFIX=0．69×C2×R1。b階段是強迫通信時間，不同的電機通過改變C1和C2電容的值可用來調(diào)整電機的啟動。
4 過電流保護電路
閥門控制在實際應用中經(jīng)常會發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)的意外情況，電機堵轉(zhuǎn)可能會造成電源和電機的燒毀。TB6588FG的限流保護是通過內(nèi)部的比較器來實現(xiàn)的，如圖4所示。驅(qū)動器內(nèi)部具有一個比較器，負輸入端固定電壓為0．5 V，流過電機線圈的電流通過R1電阻的采樣送入驅(qū)動器內(nèi)部，通過驅(qū)動器內(nèi)部的濾波網(wǎng)絡接入比較器的正輸入端。如流過R1的電流大于設定值，則此電壓會大于0．5 V，驅(qū)動器關閉內(nèi)部驅(qū)動電路。在此電路中R2和C2是起RC濾波作用，防止PWM切換時的噪聲引起的保護誤動作。如當R1=0．33 Ω時，最大限流電流為：Iout=0．5 V／0．33 Ω≈1．5 A。
5 速度檢測控制
5．1 速度檢測
TB6588FG具有速度輸出腳FG_OUT，電機沒有啟動或電機發(fā)生異常時此腳輸出為低電平。當電機被正常啟動，此腳輸出速度信號，MSP430 F2012定時器具有捕獲功能，通過捕獲速度脈沖的上下沿來算出速度，然后去調(diào)整數(shù)字電位器的阻值來調(diào)整控制速度的電壓。
5．2 速度調(diào)節(jié)電路
CAT5119具有32為節(jié)點，阻值為10 kΩ的數(shù)字電位器。通過MSP430F2012的兩個I／O口來進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式是UP／DOWN。通過設置CAT51 19可使阻值最大調(diào)整為10 kΩ，最小為100 Ω，這樣控制速度的范圍為500～2500轉(zhuǎn)／min，如當需要調(diào)整轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)／min時，通過動態(tài)調(diào)整數(shù)字電位器的阻值，來適應負載的變化，使速度穩(wěn)定在設定的范圍上。模擬調(diào)壓電路如圖5所示。
5．3 程序軟件流程
因為采用電機專用驅(qū)動芯片，所以電機的控制軟件就很簡單，主要的工作就是設置MSP430F2012的內(nèi)部定時器的工作方式。其具有兩個捕獲定時器，捕獲的觸發(fā)方式選擇上下沿捕獲，然后把兩次捕獲的定時器的數(shù)字相減，就可得出速度。如果跟設定有誤差，通過調(diào)整模擬電壓來調(diào)整速度。軟件調(diào)速的中斷服務程序流程如圖6所示。
結(jié)語
針對閥門的無傳感器三相無刷電機控制系統(tǒng)的特點，采用MSP430單片機結(jié)合TB6588FG設計的電機調(diào)速控制系統(tǒng)。利用了TB6588FG的硬件電路，簡化了整體的電路設計，同時降低了軟件的編程難度，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
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