st 驱动模块详解 (sc)课件

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1、ST72141单片机在直流无刷电机控制中的应用ST单片机亚太区技术支持中心ST72141单片机介绍内容介绍目录A.永磁直流无刷电机的基本原理B.ST72141产品介绍-基本功能-ST7单片机内核-电机控制模块-驱动模式：电流模式/电压模式C.ST72141优点D.附录-起动时序-PI闭环控制算法永磁直流无刷电机的基本原理主要优点:运行效率高(最高可达到98%)调速性能好低噪声更高的可靠性/更长的使用寿命(无电刷)具有较大的启动力矩（与交流电机相比）主要应用:压缩机(空调,冰箱)小家电(吸尘器,食物搅拌机)工业风扇电单车汽车电子(油泵,水泵,冷却风扇,空调)办公自动化应用(激光打印机,复印机

2、)永磁直流无刷电机的基本原理(1)运行特性:同步特性:定子磁通量与转子机械转速同步.定子结构:3相绕组(可由多对极组成).转子结构:永磁体.电周期与机械周期的关系:1机械周期=P电子周期对于单对极电机:1电子周期(6步)=1机械周期1NSABCAB2NSACAB永磁直流无刷电机的基本原理(2)驱动方法:6步换相(相电流为T形波)相序:ABACBCBACACB2T1T1T3T3T5T5T4T6T6T2T2T4123456tttABCA,B,C三相电流波形UVW16543CAT5T6T3T1T4T2B+300VDC-+I单对极电机运行特性1NSABCT1-T42NST1-T6AB3NSA

3、BT3-T64NSABCT3-T25NSAT5-T2BC6NSABCT5-T41电子周期(6步)=1机械周期两对极电机运行特性4256ABCT1-T4T1-T6AAAABBT3-T6BCT3-T2T5-T2BCABCT5-T41SSNN1SSNN1SSNN1SSNN1SSNN1SSNN1CSSNN12电子周期(12步)=1机械周期永磁直流无刷电机的基本原理(3)控制方法:为了能够实现自动换相,必须时刻检测电机转子的位置.一般来说,有2种方法检测转子的位置:通过霍尔位置传感器检测转子的位置(sensormode)通过电机绕组的反电动势检测转子的位置(*注)(sensorlessmode)换相时刻

4、点:当定子绕组的电流与其反电动势同相时进行换相时.控制过程要求时刻保持定子绕组的电流与发电动势信号同相:Pe=E*I;E---定子反电动势,I----定子电流,Pe----有用功率注:定子绕组反电动势是由永磁转子的旋转在定子绕组中感应生成:e=dj/dt,它的产生与电机通电与否无关(当手动转动电机转子时,同样也能在定子中产生反电动势),与转子转速成正比.因此,定子相电压由外加驱动电压与反电动势叠加而成.永磁直流无刷电机的基本原理(3)电机定子绕组内的信号波形tcurrentBack-EMF反电动势检测的实现:常规方法(1)策略:-需要创建一个虚拟中心点.-取自虚拟中心点及反电动势的信号被分

5、压、滤波后再输入到比较器进行检测.缺点:-由于对被检测信号进行了分压,使得灵敏度降低并且在低速时检测困难导致低速性能较差.-由于对被检测信号进行了滤波,导致了转子位置检测滞后.300V~POWERGNDNN'+5V电阻分压&滤波BUS~电源地NBUS~NN'电源地虚拟中心点电阻分压&滤波反电动势检测的实现:常规方法(2)滤波后的虚拟参考点N’的电压滤波后的相电压反电动势过零点(反电动势由负变为正)filt1.hgl相电流ST72141特有的反电动势检测方法(1)GNDABCT1PWM"ON"T4alwaysONbemf300VV/2反电动势信号未被衰减,直接通过一电阻接到单片机的端口上高灵敏度

6、+宽调速范围+好的低速性能+大的启动力矩(非常适合类似压速机的负载)无滤波延时高信噪比GNDABCT1PWM"OFF"T4alwaysON300VGND+5V1VvoltageclampingST72141microcontrollerbemfST72141特有的反电动势检测方法(2)反电动势过零点--------相电流----------------相电压------退磁结束点反电动势由负变为正反电动势由正变为负退磁结束点反电动势过零点两种检测方法的比较STMethodGEMethod专利号US5,859,520"controlofabrushlessmotor"US4,654,566原理全

7、数字方案:-反电动势经片内箝位转换成0~5V的数字信号;-在退磁结束后,当上桥臂IGBT打开时,由于续流二极管的续流作用,定子绕组中心点N的电势为0,此时才打开反电动势的检测窗口.模拟方案:需要创建虚拟中心点N’,采样信号经过分压衰减和滤波;经过衰减和滤波的信号被输入到外部比较器.缺点PWM的占空比不能完全达到100%.-需要电阻分压及滤波;-灵活性低:电压和频率受限于外部反电动势检测电路,降低了