基于双单片机通信的无刷直流电动机控制系统

2 驱动电路

绝缘栅极双极型晶体管IGBT的栅极驱动电压一般为15V±10%，而关断负偏置电压为5～6V。因此选用TLP250驱动IGBT，电路如图3所示。 TLP250内部是光电耦合的，实现将控制电路与主电路隔离。当3脚接收到一个低电平时，VGE输出近似为15V，可以驱动IGBT使其导通；相反，当3 脚接收到一个高电平时，VGE输出近似为-5V，使IGBT截止。六只TLP250随着输入电平变化，可以很好地控制IGBT的开断，从而实现换相。

3 保护电路

3.1 起动时的限流保护电路

电动机起动时，由于转速较低，故转子磁通切割定子绕组所产生的反电势很小，因而可能产生过大的电流I。通常要加过流保护电路。主回路中通过电动机的电流最终通过电阻Rf接地。因此，Uf=Rf·IM，其大小正比于电动机的电流IM，Uf通过10kΩ电阻与电压比较器LM324反相输入端相连。当Uf大于LM324正相输入端给定电压U0时，LM324输出低电平。使发光二极管导通，则三极管C端输出低电平。由于C端与三输入与非门74LS10相连，不论另外两输入如何，其输出必为高电平，因而从TLP250输出-5V，同时关断了Q2、Q4、Q6三只 IGBT，即切断子主电路。当UfU0时，LM324输出高电平，这时它不起任何作用，电机正常换相。

3.2 运行时的逻辑保护电路

为防止单片机系统受环境干扰或执行程序时出错，在单片机输出端加了一个逻辑保护电路，其电路如图5所示。假定起动电流不超过最大电流，则输入C不起任何作用，输出只受P10～P15控制。按照所设计的桥式电路，要求Q1与Q4、Q2与Q5、Q3与Q6不能同时导通，否则通过IGBT的电流过大，导致过流损坏。根据电路的逻辑关系，当P10P13、P11P14、P12P15出错，都输出低电平，或者P0口输出均为低电平（高电平），Q1Q4、Q2Q5、 Q3Q6没有同时导通，很好地保护了电路。

4 测速电路

如果要对直流无刷电动机的转速进行精确控制，首先要对它的转速进行精确测量。笔者利用转子位置传感器所产生的脉冲信号来反映电机的转速。将传感器输出端接到单片机的P15口，随着电机的转动，单片机不断的接收到高低电平。当单片机检测到一个下跳沿时开始启动定时器T1工作，直到接收到下一个相邻的下跳沿时为止。相继两个高电平之间的时间与电机的转速成正比，可以测量出电动机的转速。

5 双单片机控制电路

5.1 设计原理

在本设计方案中，用单片机来控制无刷直流电机的起动、换相、调速、正反转及停车。在设计中，由于程序在测量转速时，有一个等待延时时间，如果电动机转速较低，则传感器传输的两个高电平间隔较大，则必然影响到电机换向，使电机失步而停车。为避免这种情况，在设计时使用了两片89C52单片机，其中一块为主单片机，一块为从单片机。从单片机主要负责控制电动机的换相时机。当从单片机接收到转子位置检测电路的转子位置信息后，由其P1口向逻辑保护电路发出两路信号，逻辑保护电路将接收到的信号反相后传输给六只IGBT的栅极驱动电路，从而控制定子绕组的换相时机。主单片机负责测量转速，并将测到的实际转速与给定转速比较，将比较结果通过串行口TXD传送到从单片机。从单片机接收到信息后，在换相时机不变的前提下，改变定子国绕组电流通电时间，从而达到调整的目的。单片机接法如图6所示。