无传感器直流无刷电机DSP控制系统在变频空调中的应用(06-100)

　　此类应用中使用的片上外设除ECCP模块外，还有一个内部10位模数转换器(ADC)。ECCP有捕获模式(可捕获定时器寄存器的16位值)、几个比较器和4个PWM。在无传感器的BDC电机控制应用中，4个PWM通道是一个重要优势。如图2所示，配合外部桥和4个FET驱动器件，单片机的PWM模块可以容易地实现双向电机控制。

　　图2中的低成本BDC电机控制系统在全桥PWM模式下使用ECCP。用户可容易地配置PWM占空比，并实时改变单片机内部振荡器。此外，利用单片机片上的一个10位ADC来测量反向电动势(EMF)，PIC16F684可以容易地跟踪电机的转速(RPM)。 

　　本应用中的硬件有三个主要部分。一个电源级、一个通信模块(RS-232)和一个RPM及电流测量级。电源级包括提供BDC电机双向控制的全H桥。PIC16F684通过RC2、RC3、RC4和RC5引脚连接到H桥。从RA5引脚通过一个RS-232端口可以将有关PWM占空比、单片机振荡器速率、电机RPM和电流值等指令和信息发送给计算机。虽然实际生产出来的设备很可能并没有这样一个通信接口，但在开发阶段这样一个通信接口非常有用。在实际产品中，RA5可以被赋予不同的用途，如点亮状态指示LED或者读取电位计输入。

　　通过测量电机的反向EMF电压，不需额外传感器即可以获得电机转速(RPM)。电机转速与反向EMF电压直接成正比。BDC电机是一种感性负载。电机上感生的电压等于电机电感乘以dI/dt 。将对应FET关断(OFF)即可以测量反向EMF电压。这会产生一个反方向流过电机的电流。PIC16F684中的ADC模块可以测量出EMF电压。

　　通过测量MOSFETs、QB 和 QD, 以及地之间电流检测电阻上的高端电压可以获得电流值。 选择适当的电阻值时需要考虑最大电流和功耗。PWM信号驱动BDC电机。H桥电路仅在PWM信号处于高电平时才吸收电流。采用一个采样和平均算法在多个PWM周期测量结果的基础上算出电流值和电机转速。

　　对低成本高能效BDC电机解决方案感兴趣的Microchip公司主要客户对于PIC16F684外设的定义做出很大贡献。目前，Microchip正与几大设备生产商合作，他们迫切希望将现有BDC电机控制电路更换为更为智能和先进的单片机解决方案。