無(wú)刷電機(jī)控制原理圖

無(wú)刷電機(jī)控制原理圖

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1、無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作原理1.三相驅(qū)動(dòng)橋下圖為無(wú)刷電機(jī)的三相全橋驅(qū)動(dòng)電路,使用六個(gè)N溝道的MOSFET管(Q1~Q6)做功率輸出元件,工作時(shí)輸出電流可達(dá)數(shù)十安。為便于描述,該電路有以下默認(rèn)約定:Q1/Q2/Q3稱做驅(qū)動(dòng)橋的“上臂”,Q4/Q5/Q6稱做“下臂”。圖中R1/R2/R3為Q1/Q2/Q3的上拉電阻,連接到二極管和電容組成的倍壓整流電路(原理請(qǐng)自行分析),為上臂驅(qū)動(dòng)管提供兩倍于電源電壓(2×11V)的上拉電平,使上臂MOSFET在工作時(shí)有足夠高的VGS壓差,降低MOSFET大電流輸出時(shí)的導(dǎo)通內(nèi)阻,詳細(xì)數(shù)據(jù)可參考MOS管DataSheet。上臂MOS管的G極分別由Q7/Q8

2、/Q9驅(qū)動(dòng),在工作時(shí)只起到導(dǎo)通換相的作用。下臂MOS由MCU的PWM輸出口直接驅(qū)動(dòng),注意所選用的MCU管腳要有推挽輸出特性。驅(qū)動(dòng)橋全部選用N溝道MOSFET的好處:大電流N溝道MOS可供選擇的型號(hào)眾多,貨源充足便于購(gòu)買,使用的MOSFET類型減少,間接降低采購(gòu)元件的難度。在圖1中,上臂MOS管經(jīng)過(guò)Q7/Q8/Q9驅(qū)動(dòng),邏輯電平和下臂MOS剛好相反,這樣的好處是,MCU上電時(shí)I/O默認(rèn)為1,上臂MOS不會(huì)導(dǎo)通。只有下臂MOS導(dǎo)通,因此不會(huì)有電流經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)橋,消除了潛在電路隱患。C8是整個(gè)電調(diào)的電源濾波電容,使用中一定要接上,否則無(wú)刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)疊加在電源上不能被濾除,由倍壓電路整

3、流后的電壓高達(dá)30V左右,己接近MOSFET的VGS上限,可能會(huì)損壞MOSFET。2.反電動(dòng)勢(shì)波形上圖所示為無(wú)刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的理想反電動(dòng)勢(shì)波形,紅線標(biāo)出來(lái)的是反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。兩個(gè)虛線間是60度電氣角度,不要理解成電機(jī)的機(jī)械角度。常用航模電機(jī)屬于無(wú)刷三相六拍電機(jī),每個(gè)電周期有六個(gè)狀態(tài)。星形接法中(Y形)在每一時(shí)刻電機(jī)的通電線圈只有兩相,另一相線圈懸空,懸空的線圈會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),反電動(dòng)勢(shì)來(lái)源于電機(jī)磁體旋轉(zhuǎn)而造成本線圈切割磁力線和另兩相線圈通電時(shí)的互感。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度呈梯形波動(dòng),產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)的呈梯形變化。但這些不是重要的,我們需要的只是準(zhǔn)確的檢測(cè)出過(guò)零點(diǎn),為換相做準(zhǔn)

4、備??瓷蠄D中的第一個(gè)電周期過(guò)零點(diǎn)數(shù)目,三個(gè)線圈在時(shí)間軸上共出現(xiàn)6次過(guò)零點(diǎn),和電周期的節(jié)拍數(shù)目相同。我們所要做的是,只要檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn),就需要給電機(jī)換相了。3.過(guò)零檢測(cè)電路用比較器檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)的基本電路接法,電機(jī)的相線(A/B/C)接比較器的同相輸入端,比較器的負(fù)端接相線A/B/C的虛擬地電位。虛擬地電位由A/B/C相經(jīng)過(guò)電阻隔離形成,詳細(xì)原理可參考相關(guān)資料。相線上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓以虛擬地為參考點(diǎn),做正負(fù)周期性的變化。在每次比較器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí),說(shuō)明檢測(cè)到了過(guò)零點(diǎn),接下來(lái)需要做換相動(dòng)作了。A/B/C三相分別需要一個(gè)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路,也可用電子開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)切換,A/B/C相共用一個(gè)

5、過(guò)零檢測(cè)電路,這通常在集成了模擬外設(shè)的MCU內(nèi)實(shí)現(xiàn)。4.線圈換相的順序關(guān)于電機(jī)運(yùn)行的換相步驟,需嚴(yán)格按照以下的換相順序如圖4所示,應(yīng)用中需要調(diào)換電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,只需把電機(jī)的任意兩根相線對(duì)調(diào)即可。5.過(guò)零點(diǎn)的30度電角度延遲理想的反電動(dòng)勢(shì)波形和霍爾傳感器輸出波形對(duì)比圖,從圖中可看出,反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)和霍爾傳感器的波形翻轉(zhuǎn)同步,如果用此反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零信號(hào)進(jìn)行程序換相會(huì)獲得和有感無(wú)刷電機(jī)一樣的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。實(shí)際的反電動(dòng)勢(shì)波形和霍爾波形對(duì)比圖如上所示,紅線為霍爾的輸出波形,黑色虛線是反電動(dòng)勢(shì),紫色豎線為反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn),時(shí)間軸的方向?yàn)閺淖笸遥梢缘弥措妱?dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)比霍爾傳感器的輸出波形提

6、前了半個(gè)電節(jié)拍,即30度電角度。為了能夠在正確的時(shí)刻才換相,需要在檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)后延遲30度電角度之后,才進(jìn)行換相。究竟延遲多長(zhǎng)時(shí)間才夠30度時(shí)間呢?需要對(duì)相鄰兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí),因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速是會(huì)變化的,相應(yīng)的電周期也會(huì)變化。用定時(shí)器得到計(jì)時(shí)值后除以2就是當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速下的30度電角度延遲時(shí)間值,把此時(shí)間值裝入一個(gè)定時(shí)器,并打開(kāi)該定時(shí)器中斷,等延時(shí)完畢進(jìn)中斷即可完成電機(jī)換相。

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