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無(wú)刷直流電機(jī)芯片具備高性能、低功耗以及低成本的特點(diǎn)，在數(shù)字化控制系統(tǒng)中其外設(shè)資源只需利用少量的外圍芯片就可以完成所需功能,特別是其雙事件管理模塊可以有效地控制多個(gè)逆變器，因此極大的提升了系統(tǒng)的可靠性。

1無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)脈寬調(diào)制方式的利用控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，其主控制器為TMS320LF2407A芯片。外圍電路主要包括數(shù)碼顯示、串行通信、驅(qū)動(dòng)電路以及電源管理等。首先2407A控制器利用三個(gè)CAP端口對(duì)霍爾元件的高速脈沖信號(hào)進(jìn)行捕捉，隨后對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行檢測(cè)，并以轉(zhuǎn)子的位置為根據(jù)激發(fā)相應(yīng)的控制，使PWM信號(hào)的值得以改變。在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的隔離之后，PWM信號(hào)就能夠到達(dá)逆變橋，對(duì)其中IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷進(jìn)行控制。霍爾元件H1、H2、H3會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)形成六種狀態(tài)，DSP能夠以每一種狀態(tài)為依據(jù)將相應(yīng)的控制字發(fā)出，從而使電機(jī)的通電相序得以改變，最終有效地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)速以及連續(xù)運(yùn)行。

2電機(jī)控制系統(tǒng)模塊

（1）電源管理

電源管理就是提供所需電壓，確保各單元電路能夠穩(wěn)定工作，其主要包括以下幾個(gè)部分：①選擇+24V直流電源作為無(wú)刷直流電機(jī)供電電源，然后利用LM7815穩(wěn)壓器將其轉(zhuǎn)換為+15V，向相關(guān)電路和驅(qū)動(dòng)芯片IR2136供電；②選擇3.3V為2407A供電，這樣就能夠?qū)ζ湫酒倪M(jìn)行有效控制。在本方案中采用了與TPS75733相同的電源專用芯片，可以將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V。

（2）時(shí)鐘輸入

由于DSP的內(nèi)部指令具有較高的周期，外部晶振缺乏充足的主頻，因此PLL被配備到了多數(shù)芯片中，這個(gè)模塊通過(guò)對(duì)外部濾波器回路的利用對(duì)電磁干擾和信號(hào)抖動(dòng)進(jìn)行抑制，濾波器回路主要包括電容、電阻，如果由l0MHz有源晶振提供外部時(shí)鐘信號(hào)，那么狀態(tài)寄存器和系統(tǒng)控制對(duì)4倍頻因子進(jìn)行設(shè)置，這時(shí)2407ADSP工作在最大時(shí)鐘頻率。

（3）片外存儲(chǔ)器

本方案中的片外存儲(chǔ)器為具有15ns訪問(wèn)時(shí)間、64K×16位容量以及3.3V工作電壓的RAMCY7C1021。通過(guò)地址線、數(shù)據(jù)線片外存儲(chǔ)器就可以連接DSP；輸入使能引腳WE與輸出使能引腳OE分別連接DSP的寫選通DSPWE與讀選通DSPRD。用跳線在進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候?qū)⑵x引腳CE連接到選通引腳DSPPS，并且將其作為外部程序存儲(chǔ)器。

（4）驅(qū)動(dòng)電路

IGBT、MOSFET的專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路就是IR2136，其主要為選擇自舉技術(shù)，因此只需要一個(gè)直流電源就可以使功率驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)其還具備完善的過(guò)流保護(hù)和欠壓保護(hù)，從而提升了系統(tǒng)的安全性。在本方案中三相全控逆變橋電路主要是由IRG4BC30UD組成的，主功率電路能夠接收6路PWM信號(hào)，IR2136芯片能夠?qū)α鶄€(gè)大功率管的關(guān)斷和導(dǎo)通順序進(jìn)行同時(shí)控制，并且還可以對(duì)三相全橋驅(qū)動(dòng)電路下半橋和上半橋的導(dǎo)通關(guān)斷進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速的目的。

（5）位置檢測(cè)和轉(zhuǎn)向控制

霍爾位置傳感器主要包括兩個(gè)方面的功能，首先是對(duì)電機(jī)相繞組的換相信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其次是和控制器共同構(gòu)成轉(zhuǎn)速的反饋環(huán)節(jié)。

（6）串行通訊接口電路

本方案中利用RS232串行通信向DSP進(jìn)行傳輸，隨后由DSP向上位機(jī)傳輸運(yùn)行的結(jié)果，這樣可以保證被控電機(jī)和遠(yuǎn)程客戶端之間的通訊。在進(jìn)行串行通訊的時(shí)候主要采用驅(qū)動(dòng)芯片ADM202E，其具有+5V供電、集成度高、功耗低等特點(diǎn)。

（7）數(shù)碼顯示電路

本方案通過(guò)對(duì)SPI同步串行口的利用保證顯示單元與DSP實(shí)現(xiàn)通訊。8位LED顯示器主要是由MAX7219來(lái)驅(qū)動(dòng)的，其LOAD、CLK、DIN分別連接了2407ADSP的SPICLK、SPISTE、SPISIMO端。利用寄存器進(jìn)行設(shè)置，使DSP在主操作模式下工作，其中從片為MAX7219。

3系統(tǒng)主控軟件

①DSP初始化：主要是初始化A/D、EVA事件管理器等各種模塊的寄存器；②參數(shù)設(shè)定子程序：主要是利用PC機(jī)通過(guò)串口預(yù)置電機(jī)的給定速度與電流環(huán)、速度環(huán)的各自的積分系數(shù)、比例系數(shù)等，具有靈活方便的特點(diǎn)。③正反轉(zhuǎn)設(shè)定子程序：主要是利用串口在電機(jī)運(yùn)行之前將一個(gè)正反轉(zhuǎn)標(biāo)志設(shè)定好，也就是完成計(jì)數(shù)，并且將誤碼數(shù)輸出。

4結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)的單片機(jī)而言，本設(shè)計(jì)方案具有性能穩(wěn)定可靠、運(yùn)行速度快、設(shè)置靈活、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍廣。

作者：吳瑋瑋 單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院