永磁無刷直流電機數(shù)字式控制器

一、概述

永磁直流無刷電機（PM-BLDC），由于其固有的許多特點，再加上我國稀土資源豐富，被眾多電機專家認為是21世紀的新型換代產(chǎn)品。隨著半導(dǎo)體集成電路，電力電子器件，控制原理和稀土材料工業(yè)的發(fā)展，可以預(yù)見這種產(chǎn)品必然會逐步取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的交流電動機加變頻調(diào)速器的模式。

目前見到的文獻中，控制器一般都采用Motorola公司的MC33035，MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的 PWM芯片如 SG3524，TL494等。采用這些ASIC芯片，雖然能實現(xiàn)電機的無線調(diào)速，但還存在一些問題，如無法與計算機直接接口，許多較為復(fù)雜的控制算法無法在不增加硬件成本的情況下實現(xiàn)，控制器的為機界面不理想?？偟闹v，控制器的智能化程度不高。雖然采用通用PWM芯片來實現(xiàn)電機無級調(diào)速的方案成本較低，但當控制器針對不同的應(yīng)用場合增加各種附加功能時，其靈活性不夠，而且反而增加硬件的成本。

在電動自動車的控制器的設(shè)計中，如采用上面?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方案，無論是電流環(huán)還是速度環(huán)，其控制特性都不盡為意。對速度環(huán)，突然堵轉(zhuǎn)會引起功率器件的損壞，電流環(huán)時，當對速度進行測量時，又會增加額外的硬件開銷。我們在電動自行車控制器中，采用嵌入式單片機C504，對PM-BLDC Motor進行速度和電流的雙環(huán)控制，滿足了電動車特性的要求。

 
二、PM-BLDC數(shù)字控制器方案

PM-BLDC數(shù)字式控制器的框圖如圖1所示。

其中的核心部件是Infineon的嵌入式單片機C504。選擇C504的理由是：在C504內(nèi)部有能產(chǎn)生三相PWM波的CCU單元。當對CCU的 SFR設(shè)置為Block Communication Mode時，CCU單元能根據(jù)三個中斷的信號的相位，自動產(chǎn)生適合PM-BLDC Motor 1200導(dǎo)通模式的6相PWM斬波信號而無需增加軟件開鎖。這時要求把三個相差1200電角度的HALL與C504的INT0，INT1，INT2直接連接。

另外，C504具有高抗干擾性，能在惡劣的電磁環(huán)境下正常工作。C504易開發(fā)，與國內(nèi)普遍使用的MCS-51系列單片機完全兼容和可接受的價格[1]。

從該控制器原理圖可以看出，PM-BLDC的速度可以直接用數(shù)字進行預(yù)置或通過軟件進行控制，實現(xiàn)不同的控制算法以滿足各種應(yīng)用要求。

結(jié)語

本數(shù)字式控制器對PM-BLDC的控制電動自動車上取得了滿意的效果。

在電動自動車控制器的設(shè)計中，有一個緩啟動的問題保有數(shù)字方法才能實現(xiàn)。當用戶啟動時，一般把油門信號開到最大，這對電機和控制的壽命極為不利。在我們的采用C504的控制器中，很好地解決了這一問題，而且實現(xiàn)平穩(wěn)啟動。

可以看出，只要MCU具有現(xiàn)場可編程的功能（ISP Function)，可以在應(yīng)用現(xiàn)場只改變軟件而無須重新調(diào)整硬件就能實現(xiàn)各種控制方案，這為現(xiàn)場調(diào)試提供了極大的方便性。

目前，我們用這種方案實現(xiàn)了一套張力控制系統(tǒng)，采用了Infineon提供的C504 MCU，大功率MOSFET(CoolMOS)，高壓IGBT和SFH系列高速光耦，取代了傳統(tǒng)的感應(yīng)電機，變頻調(diào)速器及張力控制器，具有一定的先進性和價格優(yōu)勢，有推廣應(yīng)用的前景。