基于ATmega48的三相无刷电机控制方法

当控制器工作时，可根据霍尔传感器检测到电机转子的当前位置，依照定子绕组决定开启或关闭功率晶体管的顺序，使电流依序流经电机线绕组，以产生顺向或逆向的旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，使电机顺时或逆时转动。当电机转子转动到霍尔传感器检测出另一组信号的位置时，再开启下一组功率晶体管，如此循环，电机就能依据同一方向继续转动，直到控制器决定使电机转子停止时，则关闭功率晶体管；决定使电机转子反向时，则开启功率晶体管，但顺序相反。PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生PWM是实现准确控制速度的核心。
图2中的开关器件采用MOSFET，它们是不能在关断瞬间切换的。如果UH和UL是反向信号，那么，在同一时刻，一个开关器件导通，另外一个开关器件截止。在这段过渡时期，会有一个短暂的时间，其中一个开关器件并未完全截止，而另一个也是导通的，这样会使电源与地直接连接，使得大电流流经晶体管。在工程应用中必须避免这种情况，因为若电路中没有必要的硬件保护，极有可能损坏驱动装置。因此，在控制电路中，每个PWM过渡期都应增加死区时间。要求在一个很小的时间内，上臂开关和下臂开关都不导通，即产生带死区的PWM信号。
图3示出采用ATmega48形成带死区时间的PWM信号原理。ATmega48中定时器／计数器的双斜率模式可产生带死区时间的PWM信号，它能产生一个关于B0TTOM对称的波形。图3中三角线表示双斜率相位修正模式下定时器／计数器T0的计数值。在向上计数时，当计数值与没定值匹配时，输出引脚OCOA清0；在向下计数时，当计数值与设定值匹配时，输出引脚OCOA置l。输出引脚OCOB也采用同样的设置。PWM占空比则通过输出比较寄存器OCROA和输出比较寄存器OCROB来设置；A，B两路PWM相位的输出相反。当设置的两个输m端比较值相同时，这两个PWM的输出互补。

为了在上臂开关与下臂开关切换时插入死区时间，必须改变0CROB和OCROA的比较值，两者之差值为插入的死区时间。如果3个计时／计数器都采用同样的设置，就可产生3对带死区的PWM波形，但必须保证PWM的输出是同步的。当采用8位定时器／计数器产生2路具有不同比较值的PWM信号时，其最大设定值为255。若采用16位定时器／计数器，则必须设定为8位相位修正PWM模式。此时，PWM的基本频率可由下式确定：

式中：fCPU为CPU的频率。
无刷直流电机常采用三相正弦驱动方式。常用的方法是把一个正弦波形数据存储在存储器中，通过程序查表输出所需的正弦驱动信号。由于3个正弦电压之间的相位差为120°，因此可以采用一个正弦波形移位产生所有的正弦驱动信号。图4给出各相驱动信号的产生机制和换相时序。图中Hl，H2，H3为霍尔传感器的输出状态；S1～S6为波形产生的步骤；虚线为相位切换波形；实线为输出的正弦驱动信号。图5给出用于控制器的换相控制程序设计流程。

4 结语
无刷直流电机的功率因数高，又无转子损耗，因此用于无刷直流电机调速系统的驱动器大都采用电压源型PWM控制。由于三相无刷直流电机借助ATmega48单片机进行控制．且通过软件实现了带死区的PWM、霍尔传感器的换相处理、正弦驱动信号的产生和电机的转速控制，因而所需的外围器件少，成本低，并且还可提高系统的可靠性。