一种通用型三相无感无刷直流电机控制器设计

作者：徐敬成凌云侯文浩李明时间：2018-12-27来源：电子产品世界收藏

FT300通过设置其芯片引脚DMS0~DMS6的电平(高电平标记为1，低电平标记为0)来驱动不同性能的电机，常见几种电机驱动参考模式见表1。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201812/396097.htm

nEO_IMG_表1.jpg

　　本文将DMS0保持高电平，DMS1保持低电平，DMS2~DMS7电平由单片机相应I/O引脚控制。

　　除了模式设置外，FT300还具有以下功能：

　　PWM调速功能：电阻R1~R3、三极管Q1和电容C6构成PWM调速电路，由单片机I/O引脚发出的PWM波经过该电路输入至FT300的SREF引脚。

　　软启动功能：调节电位器RW1改变RPI引脚的电压即可改变电机启动电流大小，调节电位器RW2改变RSF引脚的电压即可改变电机启动时换相频率大小。

　　过流保护功能：当芯片FAULT引脚检测到电机的工作电流超过设定值时启动过流保护功能，关闭芯片输出并等待系统自动重启。自动重启的时间t由RSD引脚外接的分压电阻决定，具体计算公式如下：

公式1.jpg

　　堵转保护功能：当电机被堵转后，芯片RD引脚由正常状态时的低电平变为高电平，利用R5和R6分压后的信号传输至单片机的P2.4引脚，使得单片机停止输出PWM波并等待系统自动重启。另外由于电机启动后3秒左右RD引脚会呈现高电平，因此为了避免误检测可设置在电机正常启动4秒后开始堵转检测。

　　过热保护功能：当芯片内部检测到温度超过150℃时，芯片自动关闭输出直至温度降低至安全值。

　　欠压保护功能：当芯片VDD6引脚电平低于3V时芯片关闭输出等待重启。

　　正反转功能：通过开关S2即可切换F/R引脚电平，从而改变电机转向。由于直接切换正反转很容易导致系统电流急剧增大，故需要先断开开关S1以关闭驱动，再实施正反转。

　　1.3 辅助控制单元电路设计

　　辅助控制单元电路图如图3所示。其控制核心选用德州仪器低功耗单片机MSP430G2553，芯片供电电压仅为3.3V，引脚功能丰富，编程开发较为灵活^[4]。

　　液晶芯片选用16×2字符的LCD1602，可以通过电位器RW1调节液晶屏显示对比度，将其D0~D7引脚与单片机的相关引脚相连用于显示电机工作模式、实时转速、调速指令等信息。

　　FT300的PWM调速信号波是由单片机内部定时器比较产生并通过P3.4引脚输出，通过按键S4、S5分别增、减PWM波的占空比来实现调速。另外将FT300芯片FG引脚的电机反电势频率通过光耦合器TLP521传输至单片机P2.3引脚可以实现闭环调速。

　　此外单片机还可以设置FT300的驱动模式，选用两块单电源四通道运放芯片LM324构成电压比较器，将LM324电源电压设置为6V，通过R10和R11分压得到其反相端参考电平Vref=1.65V，单片机的I/O引脚连接至芯片同相端即可解决MSP430G2553与FT300数字信号电平匹配问题。

　　1.4 预驱动及逆变器单元电路设计

　　预驱动及逆变器单元电路如图4所示。逆变器的6个功率开关管^[5]采用N型MOS管IRFP450，功率管驱动器选用双通道高速芯片IR2101，其栅极驱动电压范围为10V~20V，通过自举电容可使高压侧通道的输入信号电平高达600V。在MOS管栅极加入100Ω的电阻用来防止信号振荡。

　　将电机电磁线圈U、V、W中的三路反电势信号分别经过固定比例降压、低通滤波后输送至FT300的反电势检测引脚EMF-U、EMF-V、EMF-W来获取转子位置信息^[6]，用于位置环控制以及转速反馈^[7]。

　　逆变器外围保护电路由电阻R20、R21，电容C17和三极管Q2构成，可通过改变电阻R20来调整电机允许电流范围，本文R20取0.33Ω的1%金属碳膜电阻。

　　3 实验数据

　　本文选用无刷直流电机57BL115S18-230TF9作为实验对象，该电机具体参数见表2。

nEO_IMG_表2.jpg

　　设置了两种方案进行性能对比测试。其中方案1设置FT300的DMS0~DMS6的电平状态为1001110，即设置电机驱动模式为各类风扇、风机驱动，方案2将FT300的DMS2~DMS7均置低电平，即不考虑电机驱动参考模式。通过按键S4、S5分别执行加、减速操作，采用测量精度为0.05%的光电型非接触式转速表进行实时测速，同时将实验装置的电源插头连接功率精度为2%的电力计量插座进行功率检测，得到的实验数据见表3。

nEO_IMG_表3.jpg