dsPIC30F2010 控制带传感器的BLDCM 无刷直流电机

dsPIC30F2010 microchip 无刷直流电机

AN957

使用dsPIC30F2010控制带传感器的BLDC电机

著者：

Stan D' Souza

Microchip Technology

引言

dsPIC30F2010是一款专门为嵌入式电机控制应用设计的28引脚16位MCU。它主要是为交流感应电机（ACInduction Motor，ACIM）、无刷直流电机（BrushlessDC，BLDC）和普通直流电机这些典型的电机类型而专门设计的。以下是 dsPIC30F2010的一些主要特性： 6个独立或3对互补的电机控制专用PWM输出。 6输入、采样速率为500Ksps的ADC，可同时采样最多4路输入。

多种串行通信：UART、I2C 和SPI

小型封装：6×6 mm QFN，适用于嵌入式控制应用

DSP引擎可实现控制环的快速响应。

在本应用笔记中，我们将讨论如何使用dsPIC30F2010来控制带传感器的BLDC电机。欲知BLDC的详细工作原理以及BLDC电机运行和控制的一般信息，请参阅AN901_CN。本应用笔记讨论了使用dsPIC30F2010控制BLDC电机的具体实现，而对BLDC电机的细节涉及较少。

通过检测霍尔传感器，可以得到一个3位编码，编码值的范围从1到6。每个编码值代表转子当前所处的区间。从而提供了需要对哪些绕组通电的信息。因此程序可以使用简单的查表操作来确定要对哪两对特定的绕组通电以使转子转动。

注意状态“0”和“7”对于霍尔效应传感器而言是无效状态。软件应该检查出这些值并相应地禁止PWM。

BLDC电机

BLDC电机基本是内外倒置的直流电机。在一般直流电机中，定子是永磁体。转子上有绕组，对绕组通电。通过使用换向器和电刷将转子中的电流反向来产生旋转的或运动的电场。与之相反，在BLDC电机中绕组在定子上而转子是永磁体。“内外倒置的直流电机”这一称谓由此得名。

要使转子转动，必须存在旋转电场。一般来说，三相BLDC电机具有3相定子，同一时刻为其中的两相通电，以产生旋转电场。此方法相当容易实现，但是为了防止永磁体转子被定子锁住，在知道转子磁体的精确位置的前提下，必须以特定的方式按顺序为定子通电。位置信息通常用霍尔传感器检测转子磁体位置获得，也可采用轴角编码器方式获得。对于典型的三相带传感器的BLDC电机，有6个不同的工作区间，每个区间中有特定的两相绕组通电。如图1所示。

变化通知输入

灵活使用上述的技巧，可以将霍尔效应传感器连接到dsPIC30F2010的输入引脚上，来检测变化（变化通知（Change Notification，CN）输入）。当这些引脚上的输入电平发生变化时，就会产生中断。在CN中断服务程序（Interrupt Service Routine，ISR）中，由用户应用程序读取霍尔效应传感器的值，用以计算偏移量并查表，来正确地驱动BLDC电机的绕组。

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电机控制脉宽调制（MCPWM）

使用上面的方法可以使BLDC电机全速旋转。然而，为了使BLDC电机速度可变，必须在两相绕组的两端加上可变电压。从数字化的语言来讲，就是加在BLDC电机绕组上的PWM信号的不同占空比可以获得可变电压。有六个由PWM信号驱动的PWM输出。如图2所示，通过使用六个开关、IGBT或MOSFET，可以将三相绕组驱动为高电平、低电平或根本不通电。驱动器上施加占空比可变的PWM信号。这与将PWM信号加在高端驱动器上，而将低端驱动器连接到VSS或GND的作用相同。一般更喜欢对低端驱动器施加PWM信号。

PWM信号由dsPIC30F2010的电机控制（Motor，MC）专用PWM模块提供。MCPWM模块是（阅读本节时，请参阅图3。） MCPWM有一个专用的16位PTMR时基寄存器。此定TCY。通过选择一个值并将它装入PTPERPWM周期。每个TCY，PTMR与PTPER作一次比较。当两者匹配时，开始一个新的周期。

控制占空比的方法与此类似，只需在三个占空比寄存器中装入一个值即可。与周期比较不同，每隔TCY/2就将占空比寄存器中的值与PTMR进行一次比较（即，比较的频率是周期比较的两倍）。如果PTMR的值与PDCx的值相匹配，那么对应的占空比输出引脚就会根据选定的PWM模式驱动为低电平或高电平。通过占空比比较产生的三个输出将被分别传输给一对互补的输出引脚，其中一个引脚输出为高电平，而另一个引脚输出为低电平，反之亦然。这两个输出引脚也可以被配置为独立输出模式。当驱动为互补输出时，可以在高电平变低与低电平变高之间插入一段死区。死区是由硬件配置的，最小值为TCY。插入死区可以防止输出驱动器发生意外的直通现象。

图2：电机驱动电路与绕组连接示意图

+V1H

2H

3H

三相 负载

1L2L3L

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