四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计
3 无刷直流电机调速系统硬件设计
该无刷直流电机调速系统由三相全桥驱动电路、反电势过零检测电路、电流电压监测电路组成电机驱动器。使用一片ATmega8单片机作为控制器，该单片机内部集成了8 kB的Flash，最多具有23个可编程的I／O口，输出时为推挽结构输出，驱动能力较强。片上集成了AD转换器、模拟比较器、通用定时器、可编程计数器等资源。
3．1 三相全桥驱动电路设计
三相全桥驱动电路利用功率型MOS管作为开关器件，选用P型MOS管FD6637与N型MOS管FD6635搭配使用，设计容量为允许通过的最大电流为30 A。FD6637的开关利用三极管9013进行驱动、FD6635的开关直接利用单片机的I／O口驱动。电路如图3所示。通过R17、R19、R25来减少下管FDD6635的栅极充电电流的峰值，防止震荡并且保护MOS管；R16、R23、R24作为下拉电阻，保证下管的正常导通与关断；R7、R5、R8作为上管栅极的上拉电阻，阻值选择470 Ω，既保证了MOS管的开关速率不降低，同时也防止三极管Ic电流过大。A+、B+、C+提供驱动桥的上桥臂的栅极导通信号，分别通过ATmega8单片机的3个硬件PWM通道驱动，通过改变PWM信号的占空比来实现电机调速：A-、B-、C-提供下桥臂栅极的驱动信号，由单片机的I／O口控制，只有导通与关闭两种状态。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/161075.htm
3．2 反电动势过零检测电路设计
电机运行时，同一时刻只有两相绕组导通，另外一组绕组悬空，切割磁感线生成反电动势。反电动势过零点指其绕组端电压等于三相绕组的中点电压，因此通过非导通相绕组的端电压与三相绕组的中点电压比较，就能得到过零点信号。但是电机三相绕组的中点连线未引出，采用三个阻值相同、星型连接的电阻虚拟得到中点电压。如图4所示，N点为虚拟中点电压，UA、UB、UC为衰减后的电机相电压接单片机的AD0～AD2通道。利用ATmega8内部的模拟比较器实现过零比较，N接比较器的正向输入端，该模拟比较器的负向输入端可以通过软件配置选择片内AD转换器的AD0～AD2通道，用单比较器实现三相电压比较。
3．3 电流电压监测电路设计
电流电压监测电路用来监测无刷直流电机驱动电路的总电流与系统供电电池电压的值。电路如图5所示，利用康铜丝构成阻值为0．01Ω的电阻，总电流流过该电阻形成的电压经过R11与C8组成的截止频率为2．3 kHz的一阶低通滤波器后连入单片机的AD3端口，通过计算可得系统电流。电压检测电路通过简单电阻分压的形式将系统电池供电电压调整到AD转换器的量程范围内。通过电流电压监测防止因为故障发生时电流过大导致设备烧毁，也防止飞行器升空后由于电池电压不足摔毁。
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