基于DSP电动汽车无刷直流电机相位测试

3 检测信号的DSP接口
霍尔传感器主要用于转子位置检测和速度估算，合理设计转子位置传感器与DSP的接口，并考虑位置信号处理方法，可以正确地获得转子位置信息。霍尔传感器利用磁敏霍尔元件检测转子永磁磁极位置，即当转子永磁N极接近霍尔元件时，输出信号为高电平，而当转子S极接近霍尔元件时，输出信号为低电平，则转子永磁磁极间的位置就是霍尔元件输出的电平位上升沿或下降沿的位置。因为本文讨论的是三相无刷直流电动机，所以无法采用正交编码器接口处理转子霍尔位置传感器信号，需采用DSP的数字口。
3．1 事件管理器的CAP口方式
DSP控制器有两级FIFO堆栈缓冲器，易于对两次间隔很短的跳变捕获。TMS320LF2407A有两个事件管理器EVA和EVB，每个事件管理器各有3个捕获口，该系统的捕获单元为CAP1、CAP2、CAP3、CAP4、CAP5、CAP6，每个捕获单元都有一个相应的捕获引脚，他们的时钟和计数方式以及捕获上升沿或下降沿均可以进行设置。当捕获引脚上检测到1个霍尔位置信号脉冲时，则定时器的值被捕获并存储在相应的2级深度的FIFO堆栈缓冲器中以供CPU读取，这样就可以得到转子位置信号。
3．2 数字I／O口输入
将数字I／O口引脚设置成输入功能，霍尔元件输出的信号通过DSP芯片的数字I／O口输入，定时读取I／O口数据寄存器，并判断霍尔位置信号地电平高低变化，从而确定转子位置信息，并估计转子转速，达到控制无刷直流电机电机导通顺序的目的。
3．3 数字I／O口中断
数字I／O口可以设置成中断方式。中断方式有：边沿中断和电平中断两种，霍尔元件检测转子磁极位置信号，希望能知道电平高低的翻转时刻，从而正确地确定转子位置并估算转子转速。

4 转子位置检测模块软件设计
获得转子位置信息确定三相绕组换相时序、实现电机正确换相是转子位置检测的目的之一，转子位置检测模块包括电机启动模块、霍尔信号中断捕获模块、换相模块。
4．1 电机启动模块
由无刷直流电机换相原理，知电机起动模块和霍尔信号中断捕获模块用来读取3个霍尔信号的状态，目的是确定逆变器的换相顺序。电机在运行状态时，读取捕获端口的状态，即可方便的知道电机所处的状态；但是电机停止时，就得通过在电机启动模块的软件上实现先让电机启动来产生捕获中断。在软件设计，设置T1寄存器来起动定时器，设置CAP1、CAP2、CAP3引脚为T0功能，查询霍尔输入信号得到电机转子的位置就确定了功率管的导通状态。当电机转动一定的角度时，霍尔信号相应的发生改变，通过恢复捕获口CAP1、CAP2、CAP3为捕获功能引发一个捕获中断，在中断程序中又会根据当前霍尔信号的状态改变PWM引脚的状态，使电机持续旋转起来，实现电机的起动。其流程图为图4。

4．2 霍尔信号中断模块
霍尔传感器位置信号随着电机转子的转动而发生改变，控制器的捕获单元在霍尔信号输入引脚上捕获到跳变沿信号，相应的中断标志CAPXX1-NT被置位，该中断向量的偏移地址被写入到对应的事件中断向量寄存器中，同时中断标志寄存器IMR中的INT4位由硬件置1，对应于DSP控制器的内核中断INT4，进入到DSP内核中断INT4的服务子程序。进入INT4服务子程序后，先将DSP控制器状态寄存器ST0、ST1和累加器ACC压入堆栈，保护现场，再将相应事件中断向量寄存器的中断向量偏移地址送入到累加器，然后经分支跳转指令转入到捕获中断服务子程序的入口上，进入捕获中断服务子程序后，记下每两次CAP中断的时间间隔△T。
通过设置CAP1、CAP2、CAP3为IO功能查询捕获单元位置信号的输入引脚获得转子位置信号，根据此信号值查表计算换相程序偏移向量，调用相应的换相PWM子程序，从而通过改变PWM方式控制器ACTRA的值来控制PWM输出信号的改变，实现电动机的换相，然后恢复CAP1、CAP2、CAP3的捕捉功能，并将计数器清零，最后CPU将状态寄存器ST0，ST1及累加器ACC弹出堆栈，并推出INT4内核中断，结束捕获中断服务子程序(图5)。

4．3 逻辑换相模块
根据三相霍尔信号，以及无刷直流电机速度控制模块输出的PWM信号，逻辑换相模块输出6个电机换相及速度控制脉冲。有三相霍尔位置信号(H0、H1、H2)和由控制器模块输出的PWM信号这四个信号。定义Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6为六个输出信号，控制三相逆变器功率管的通断，Q1、Q3、Q5用于控制上侧功率管的通断，Q2、Q4、Q6用于控制下侧功率管的通断，逻辑关系为：

通过读取霍尔位置中断捕捉模块中的霍尔信号获取电机转子位置信号，确定逆变器功率管的开关状态。霍尔传感器的输出信号经过控制电路的逻辑处理，才能实现无刷直流电动机电枢绕组正确换相。对该系统软件正确编制决定了无刷直流电动机绕组电流的正确换相。电机绕组电流的换相时刻是由转子磁极位置确定的，位置传感器编码结果与功率变换器的开关管导通顺序一一对应。

5 结束语
文中介绍了电动汽车的一种新型驱动无刷直流电动机，重点介绍霍尔传感器作为位置传感器在无刷直流电机中的应用原理和相位测试方法，输入的转子霍尔位置信号和反馈电流信号对电机进行换相，实现PWM脉宽调制，达到对电机进行速度控制的目的。无刷直流电动机在启动时需要位置信号；位置信号还可以用于产生速度控制量；为了保证得到恒定的最大转矩，就必须不断地对三相无刷直流电动机进行换相，因此对于相位的测试具有重要的意义。