单片机C868实现无传感器BLDC电机控制

文章摘要：引 言 BLDC具备诸多优势，例如外型紧凑、结构简单、高效率、低噪音、较长使用寿命等等，这种电机越来越广泛地应用于自动化、工业和消费类电子产品等领域。图1所示为典型的BLDC电机框图，该电机包括一个梯形磁通的永磁同步电机、一个转子位置检测器(通常为三个霍尔传感器)和一个驱动电机的三相逆变器。另外，必须配置一个单片机(MCU)，输出特定的脉冲宽度调制(PWM)模式来驱动BLDC电机。如同一个传统直流电机那样，电机的换流必须与转子位置同步，用户可以通过改变PWM的占空比来调节电机转速。 图1 BLDC电机框图 通常，电机中的三个霍尔传感器相互成60度角。也就是说，每隔60度

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引   言

       BLDC具备诸多优势，例如外型紧凑、结构简单、高效率、低噪音、较长使用寿命等等，这种电机越来越广泛地应用于自动化、工业和消费类电子产品等领域。图1所示为典型的BLDC电机框图，该电机包括一个梯形磁通的永磁同步电机、一个转子位置检测器(通常为三个霍尔传感器)和一个驱动电机的三相逆变器。另外，必须配置一个单片机(MCU)，输出特定的脉冲宽度调制(PWM)模式来驱动BLDC电机。如同一个传统直流电机那样，电机的换流必须与转子位置同步，用户可以通过改变PWM的占空比来调节电机转速。

 图1 BLDC电机框图

   通常，电机中的三个霍尔传感器相互成60度角。也就是说，每隔60度其中一个传感器就会变换其状态，完成一次电循环需要进行6次状态变换。在这种情况下，定子的相电流始于霍尔传感器信号转换后的30度，保持120度。为了使电机正常运行，MCU的输出模式(换流顺序)应当依据输入模式(转子位置信号)来确定，输入转子位置信号模式与输出PWM模式相结合，即构成换流表。

       单片机C868和CAPCOM6E单元

       C868是英飞凌公司8位单片机产品家族中的新成员，可为各种应用和系统提供低成本的先进控制功能。借助功能强大的片上PWM发生单元CAPCOM6E，C868满足了对低成本、高实时性的电力电子控制的所有要求。利用灵活的CAPCOM6E，由硬件/软件处理所有对时间要求十分苛刻的任务，而CPU则处理用户命令，并可进行相应的控制运算。内置的5通道8位ADC所具备的同步特性有助于测量无噪音相关的系统参数。

       CAPCOM6E可驱动多种类型的电机(交流异步电机IM、直流无刷电机BLDC和开关磁阻电机SRM等)，它是基于此类PWM单元十多年的研发的最新成果。CAPCOM6E具备以下特性：

       —T12具有三个捕捉/比较通道，每个通道有两个输出，可用作捕捉通道或比较通道，并且具备死区时间控制，可避免电源电路出现短路。T12有中心对齐、边缘对齐、单脉冲触发模式和滞环控制等控制模式。对于BLDC电机控制，通道1可用于捕捉速度，通道2可用作相位延迟，而通道3可用作超时功能。

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   (b)利用A/D转换器

  图4  CAPCOM6E具备特殊功能用于BLDC电机控制  

       如图4所示，通过设置T12计时器的死区时间定时器，用户可以定义噪音抑制窗口，通过设置T12通道1的比较值，用户可以使T12输出发生相位延迟，通过设置T12通道2的比较值，用户可以了解有多长时间输入没有变化。T12通道0为捕捉模式，以测量实际速度。

       在图3(b)中，电机端子电压可由C868的A/D转换器检测，A/D转换可由T13溢出触发，通常，反电势信号有很大噪音，进行测量的最佳时机是在关闭电力电子开关的器件前的瞬间。此时正是T13溢出的时间。因此，每一次T13溢出均会触发一次ADC测量。软件仅须读取该值并与预定义的阈值(过零点)进行比较。如果达到了该阈值点，软件将重设T12，以准备下一个PWM状态。当相位延迟结束后(因为反向电动势BEMF过零点约比换流点提前30度)，T12通道1的比较事件将触发换流至下一个状态。实验结果表明C868 BLDC系统的A/D方法是切实有效的。

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