无刷直流马达控制

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1、应用手册AN2227无刷直流马达控制作者：AndreyMagarita相关项目：是相关器件系列：CY8C27xxxPSoCDesigner：4.2相关应用手册：AN2170摘要本应用手册介绍了如何采用无传感器、反电动势技术对无刷直流（BLDC）马达控制实施PSoC。引言马达驱动器具有以下特征：BLDC马达广泛用于工业应用、家用电器以及车辆系统中。此类马达由放置在转子上的多极永久磁铁以及若o在有载与空载时均能可靠地启动马达；干绕组组成[1]。o当传动轴上的负载发生变化时也可稳定运行；o当电源与负载波动时仍可保持转速稳定；可采用各种方法来控制BLDC马达

2、。其中最简单的方法o过载保护；就是采用转子位置传感器。传感器可以是光的、磁的o利用预定的速度表进行运行时转速控制；（霍尔效应或基于磁阻效应）或感应的。但是，在传o错误诊断与故障排除。感器稳定性要求较高的恶劣环境中运转马达时，采用传感器会增加成本并带来可靠性问题。不断提高的嵌该驱动器与众不同的特征是它使用了三个PSoC™混入式计算能力再加上较低的功率半导体器件与微控制合信号阵列低通滤波器（LPF），安装在PSoC的开关器的价格，使更为复杂的马达控制方法变为现实。其电容器（SC）块的四周。这些滤波器是二阶贝塞尔滤中一种流行的方法是使用反电动势（back-

3、EMF）信号，波器，用于驱动相位转换机制中的相位延迟，从而在该信号由围绕激励线圈旋转的转子永久磁铁感应产马达轴上生成最佳的转矩。生。我们建议的方案使用额定电源为220V的75WBLDC马本应用手册介绍了如何使用反电动势感应形成BLDC达。但是，该方案也适合12V、24V、48V或120V电源马达驱动器。的马达；只有相电压电阻分压器与马达线圈电平转换器（通常称为线圈驱动器）必须适用专用马达。表1列出了马达驱动器的主要特征。2004年10月18日修订版A-1-[+]FeedbackAN2227表1.驱动器规格为了简化起见，略去了驱动器状态显示LED指示灯

4、与速度设置开关。参数值图1仅提供了驱动器的详图。电源模块相对简单，此处相位数3并未进行查验。该驱动器由IGBT晶体管的桥接芯片驱输入电压220VAC±20%动器与测量电流的电流感应电阻器组成，该电流与电桥臂总电流成比例。IGBT电平转换器能够将来自PsoC输出功率100W（控制桥总线）的逻辑电平信号转换成适合驱动IGBT桥的低电平与高电平。国际整流器IR2130芯片可用作最大输出电流3.5AIGBT驱动器。此芯片包含的元件可防止桥晶体管出现过电流情况、低功耗电压输出级以及内部停滞时间控输出信号频率制。这些特性使得PSoC能够将其资源集中在马达控制最小

5、值50Hz上，并且只有当IR2130引发复杂的驱动器故障事件时120Hz最大值才做出反应。通过将这些功能集成到PSoC器件中，可马达BLDC、无传感器以使用较低成本的驱动器。马达磁极对数4驱动器流程图驱动器流程图如图1所示。电源电路包括：oAC输入线路噪声滤波器；oAC线路LC滤波器；oAC电源整流器；o一个降压调节器，可产生稳定的15V与5V电源（未在流程图中显示）；o一个具有电平转换器的三相电桥，可使用低功耗数字信号来控制该桥。2004年10月18日修订版A-2-[+]FeedbackAN2227图1.BLDC马达驱动器流程图该器件可处理来自电源

6、驱动器电路的以下信号：如上所述，PSoC的AGND是浮动的，并且与DC总线电压的一半成正比，该总线电压是经过整流与滤波的o与IGBT驱动器的输出相位电压成比例的三种电压AC电源电压。信号。O电压信号指的是DC总线电压信号。此信号为PSoCLPF有可两种功能。一是为马达相位电压生成必要的相模拟接地（AGND）信号。电阻分压器削弱了此信位延迟。在此类应用中的马达运转，最佳相位延迟为号，从而使相位信号加倍。30度。二能是从PWM频率中过滤掉相位电压，以生成O故障信号至少指示一个故障事件的发生。接近于正弦曲线的信号波。当过滤的信号穿过AGND时，会触发内部比

7、较器并确定下降沿信号和上升沿信相位电压信号进入LPF中。其截止频率比马达驱动器生号。在运行时，在固件中LPF会确定等待边沿类型以及成的相位转换频率高出三倍。查询的相位信道。在固件中，比较器触发器将启动中断操作。PSoC模拟块对相位电压进行处理。PWM发生器为电桥高电平侧形成脉宽调制信号。电桥低电平侧由恒定、清晰的逻辑电平控制。2004年10月18日修订版A-3-[+]FeedbackAN2227电桥高电平侧PWM信号发送是通过固件控制的内部PSoC的主要任务是使用产生的电压检测转子的位置，多路信号分离器完成的。请注意，相对于AGND分配的并以新驱动相

8、位协助转子按所需方向旋转的方式执行相电压是不对称的。当设置的PWM占空比较小时，会相位转换。这是保证马达旋转