无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
第26卷第3期孝感学院学报V OL.26 NO.3 2006年5月JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY M A Y.2006 基于专用控制芯片的直流无刷电机控制器 方天红 (孝感学院物理系,湖北孝感432000) 摘 要:介绍了以摩托罗拉公司的专用控制芯片M C33035、M C33039为核心构成的应用于绕线机单片机控制系统上的直流无刷电机控制器的设计。 关键词:单片机;直流无刷电机;脉冲宽度调制 中图分类号:T N492 文献标识码:A 文章编号:1671 2544(2006)03 0090 03 本文介绍的是绕线机单片机控制系统中决定绕线产品质量的基于专用控制芯片的直流无刷电机控制器的设计,该系统主要包括无刷电机控制器和步进电机控制器两部分。在无刷电机控制器设计中,调速精度、电机定子位置检测、测速单元电路等是关键。 永磁无刷直流电机控制器结构有多种形式,最初是采用分离元件组成的庞大而复杂的模拟控制电路。由于调试难度大,稳定性差,已逐渐被淘汰。以单片机为控制核心,结合使用专用电机控制芯片,给永磁无刷直流电机调速装置的设计带来了极大的便利,这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定,组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强,特别适用于工作环境恶劣,对控制器体积和性价比要求比较高的场合。 本文介绍以单片机AT89C52为控制核心,结合使用MC33035和M C33039构成的永磁无刷直流电机控制器的设计。选用的无刷电机为上海哈瑞无刷电机有限公司生产,型号为55ZWN24 120 01,参数为最高转速7000r/min,功率为120W。同时,验证了设计的正确性和测试控制器的调速精度。 1 直流无刷电机控制器控制原理 MC33035是摩托罗拉公司研制的第二代无刷直流电机控制专用集成电路,它包含开环三相或四相电机控制所需的全部有效功能。该器件由具有良好整流序列的转子位置译码器、可提供传感器功率的温度补偿参考、频率可编程的锯齿波振荡器、完全可访问的误差放大器以及3个非常适用于驱动大功率M OSFET的大电流推挽底部驱动器组成,因而它是一种功能齐全的电机控制器。加1片MC33039电子测速器将无刷直流电动机的转子位置信号进行F/V转换,形成转速反馈信号,即可构成转速闭环调节系统。外接6个功率开关器件组成三相逆变器,就可驱动三相永磁无刷直流电机。控制器电路构成如图1 所示。 图1 控制器电路构成 从电机转子位置检测器送来的三相位置检测信号(SA、SB、SC)一方面送入MC33035,经芯片内部译码电路结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态,经过运算后,产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的6 收稿日期:2006 01 12 作者简介:方天红(1979 ),男,湖北赤壁人,孝感学院物理系讲师,硕士。 90
用于IGBT与功率MOSFET的栅驱动器通用芯片 1 引言 scale-2芯片组是专门为适应当今igbt与功率mosfet栅驱动器的功能需求而设计的。这些需求包括：可扩展的分离式开通与关断门级电流通路;功率半导体器件在关断时的输出电压可以为有源箝位提供支持;多电平变换器与并联功率器件的专业控制功能的兼容性;可以选择使用低成本的双向信号的变压器接口或抗电磁干扰光纤接口;可扩展设置，并具备故障管理;次级故障信号输入/输出，3.3v到15v的逻辑兼容性。 在延伸漏极双井双栅氧cmos制造工艺中使用了这个芯片组，它包括几个不尽相同的次级智能门级驱动（igd）asic和一个初级逻辑驱动插口（ldi）asic。2 集成的栅驱动器核心 初级逻辑驱动插口（ldi）asic实现了一个双沟道双向变压器接口，一个带有专用启动序列可扩展的dc-dc转换器，并且具有可扩展设置和故障管理功能。图2所示为逻辑驱动插口asic原型的显微照片，其有源区约为4mm 乘以2 mm，常规封装为soic-16。 为了提高igbt的抗短路能力，一般在开启过程和导通状态下将其栅极-发射极电压限制在+15v以下。由于近来的igbt的阈值栅压已经超过3v，所以在关断过程和断开状态下把栅极-发射极电压设置为 0v就足够了。这对于直接把栅驱动器集成在功率模块中的智能功率模块（ipm）来说是一种惯例。与这些小型的ipm相比，现今常规的大型igbt模块，带有36个以上的并联igbt芯片，它的栅极互连线产生的电阻以及集电极-栅极转移电容都会增大，这会对它的关断速度，抗噪声特性造成严重的影响，特别是还有可能产生由于瞬间电压导致的局部误导通。为了减少这些影响，栅极-发射极关断电压通常设定为-5v15 v。 因此，在第一种工作模式下，igdasic可以通过在vee管脚（见图3）调节发射极电压的方式，提供给开启导通状态一个调节过的+15v栅极-发射极电压来作为整个栅驱动器的供给电压，其测量精
L6203直流电机控制驱动器 【简要说明】 一、尺寸：长66mmX宽33mm X高28mm 二、主要芯片：L6203 三、工作电压：控制信号直流4.5~5.5V;驱动电机电压7.2~30V 四、可驱动直流（7.2~30V之间电压的电机） 五、最大输出电流4A 六、最大输出功率20W 七、特点：1、具有信号指示 2、转速可调 3、抗干扰能力强 4、具有续流保护 5、可单独控制一台直流电机 6、PWM脉宽平滑调速（可使用PWM信号对直流电机调速） 7、可实现正反转 8、此驱动器非常时候控制飞思卡尔智能车，驱动器压降小，电流大，驱动能力强。【标注图片】
直流电机的控制实例 使用驱动器可以控制一台直流电机。电机分别为OUT1和OUT2。输入端EN可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将EN使能端，接高低电平，高电平启动，低电平停止。也可由单片机输出直接控制）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机正转。（如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机反转。）可参考下图表： 直流电机测试程序 【原理图】
【测试程序】 /******************************************************************** 汇诚科技 实现功能:调试程序 使用芯片：AT89S52 或者 STC89C52 晶振：11.0592MHZ 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun 淘宝店：汇诚科技 *********************************************************************/ #include
BLDC SERVO DRIVERS 无刷直流调速驱动器 使用手册1.3 系统上电前请仔细阅读手册 DBLS-01系列 直流无刷电机驱动说明书 一、概述 本控制驱动器为闭环速度型控制器，采用最近型IGBT和MOS功率器，利用直流无刷电机的霍尔信号进行倍频后进行闭环速度控制，控制环节设有PID速度调节器，系统控制稳定可靠，尤其是在低速下总能达到最大转矩，速度控制范围150~6000rpm。 二、特点 1、PID速度、电流双环调节器 2、高性能低价格 3、20KHZ 斩波频率 4、电气刹车功能，使电机反应迅速 5、过载倍数大于2，在低速下转矩总能达到最大 6、具有过压、欠压、过流、过温、霍尔信号非法等故障报警功能 三、电气指标 标准输入电压：24VDC\36VDC\48VDC 三种 最大输入过载保护电流：5A\15A两种 加速时间常数出厂值：0.2秒其他可定制 四、端子接口说明
1、电源输入端 引角序号引角名中文定义 1 V+ 直流+24V输入 2 GND 直流0V输入 2、电机输入端 引角序号引角名中文定义 1 MA 电机A相 2 MB 电机B相 3 MC 电机C相 4 GND 地线 5 HA 霍尔信号A相输入端 6 HB 霍尔信号B相输入端 7 HC 霍尔信号C相输入端 8 +6.25 霍尔信号的电源线 3、控制信号部分 GND：信号地 F/R：正、反转控制，接GND反转，不接正转，正反转切换时，应先关断EN EN：使能控制：EN接地，电机转（联机状态），EN不接，电机不转（脱机状态） BK：刹车控制：当不接地正常工作，当接地时，电机电气刹车，当负载惯量较大时，应采用脉宽信号方式，通过调整脉宽幅值来控制刹车效果。 SV ADJ：外部速度衰减：可以衰减从0~100%，当外部速度指令接6.25V时，通过该电位器可以调速试机 PG：电机速度脉冲输出：当极对数为P时，每转输出6P个脉冲（OC门输入） ALM：报警输出：当电路处于报警状态时，输出低电平（OC门输出） +6.25V：调速电压输出，可用电位器在SV和GND形成连续可调 拔码开关说明：四个档位为OFF时，电机不运行，SW1为ON状态时，电机转速为100%，SW2为ON状态时，电机转速为80%，SW3为ON状态时，电机转速为40%，SW4为ON状态时，电机转速为20%。 4.机械安装：
AN1794 Application note PractiSPIN evaluation system configuration and set up guide Introduction PractiSPIN is an evaluation and demonstration system that can be used with several STMicroelectronics motor driver integrated circuit devices. The system consists of a Graphical User Interface (GUI) program which runs on an IBM-PC under windows, a common ST7 based interface board that communicates with the PC and the practiSPIN software via a serial COMM port, and a device specific evaluation or target board that connects to the ST7 interface board via a standard 34 pin ribbon cable interface, as shown in Figure1. The target PCB connects to the motor or motors and to a user supplied DC power supply generally in the range of 12 to 48 Vdc. The practiSPIN system is designed to operate the device being evaluated (the target device) under control of the practiSPIN software. Depending on which target device is being used, the practiSPIN software can operate the device to drive a stepper motor, 1 or 2 DC motors or a brushless DC (BLDC) motor. Figure 1.System block diagram January 2008 Rev 21/34 https://www.doczj.com/doc/d813338300.html,
综合设计报告 单位：自动化学院 学生姓名： 专业：测控技术与仪器 班级：0820801 学号： 指导老师： 成绩： 设计时间：2011 年12 月 重庆邮电大学自动化学院制
一、题目 直流电机调速与控制系统设计。 二、技术要求 设计直流电机调速与控制系统，要求如下： 1、学习直流电机调速与控制的基本原理； 2、了解直流电机速度脉冲检测原理； 3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路； 4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信； 5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。 6、要求电机能实现正反转控制； 7、系统具有实时显示电机速度功能； 8、电机的设定速度由电位器输入； 9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。 三、给定条件 1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料； 2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等； 3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机； 四、设计 1. 确定总体方案； 2. 画出系统结构图； 3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路； 4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信； 5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；
直流电机调速与控制 摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。 本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298 一、系统原理及功能概述 1、系统设计原理 本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停止、正反转等。 单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，
基于MC33035的无刷直流电机驱动控制系统设计 摘要 随着社会的发展和人民的生活水平提高，人们对交通工具的需求也在不断发展和提高。电动自行车作为一种“绿色产品”已经在全国各省市悄然兴起，进入千家万户，成为人们，特别是中老年人和女士们理想的交通工具，受到广大使用者的喜爱。 MC33035的典型控制功能包括PWM开环速度控制、使能控制(起动或停止) 、正反转控制和能耗制动控制。此芯片具有过流保护、欠压保护、欠流保护、又因此芯片低成本、高智能化、从而简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。 设计的直流无刷电机控制器是采用 MC33035 芯片控制的，以本次设计结果表明，MC33035的典型控制功能带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。电动自行车作为一种新型交通工具已经在社会上引起很大的影响并受到广大使用者的喜爱。 关键词：电动自行车，无刷直流电机，MC33035，位置传感器
THE BRUSHLESS DC MOTOR DRIVE SYSTEM DESIGN BASED ON MC33035 CHIP ABSTRACT With the rapid development of technology, new energy technologies in recent years have been widely used. For example, the small size, light weight, high efficiency, low noise, large capacity and high reliability features such as permanent magnet brushless DC motor-driven bike. MC33035 Typical control functions include open loop PWM speed control so that it can control (start or stop), reversing control and braking control. This chip is overcurrent protection, undervoltage protection, under current protection, and therefore chip cost, high intelligence, which simplifies the system structure, lower system costs, increase system performance to meet the needs of more applications. The design of the brushless DC motor controller is controlled by MC33035 chip to this design results show that, MC33035 typical time delay control with an optional latch-by-week shutdown mode current limiting characteristics, and internal thermal shutdown characteristics. Electric bicycles as a mode of transportation has caused a great impact on society and loved by the majority of users. KEY WORDS: electric-bicycle, brushless DC motor, MC33035, position sensors
A4954 双路全桥式DMOS PWM 电动机驱动器 特点 ?低R DS(on)输出 ?过电流保护(OCP) 电动机短路保护 o o电动机引脚接地短路保护 o电动机引脚电池短路保护 ?低功耗待机模式 ?可调PWM 电流限制 ?同步整流 ?部欠压锁定(UVLO) ?交叉电流保护 描述 通过脉宽调制(PWM) 控制两个直流电动机，A4954 能够承受峰值输出电流达±2 安培，并使电压达到40 伏特。 输入端通过应用外部PWM 控制信号以控制直流电动机的速度与方向。部同步整流控制电路用来降低脉宽调制(PWM) 操作时的功率消耗。 部电路保护包括过电流保护、电动机接地或电源短路、因滞后引起的过热关机、V BB欠压监视以及交叉电流保护。 A4954 采用带有外置散热板的16 引脚TSSOP 小型封装（后缀LP）。该封装为无铅封装，且引脚框采用100% 雾锡电镀。 ?功能方框图
A4950 全桥式DMOS PWM 电动机驱动器特点 ?低R DS(开)输出 ?过电流保护(OCP) o电动机短路保护 o电动机引脚接地短路保护 o电动机引脚电池短路保护 ?低功耗待机模式 ?可调PWM 电流限制 ?同步整流 ?部欠压锁定(UVLO) ?交叉电流保护
描述 通过脉宽调制(PWM) 控制直流电动机，A4950 能够提供±3.5 安培的峰值输出电流，工作电压为40 伏特。 该产品可提供输入端子，通过外部施加的PWM 控制信号控制直流电动机的速度与方向。采用部同步整流控制电路降低脉宽调制(PWM) 操作时的功率消耗。 部电路保护包括过电流保护、电动机引脚接地短路或电源短路、带时延的过热关机、V BB欠压监视以及交叉电流保护。 A4950 采用带有外露散热板的8 引脚SOICN 小型封装（后缀LJ）。该封装为无铅封装，且引脚框采用100% 雾锡电镀。 ? 功能方框图 A4938 三相无刷直流电动机预驱动器 功能及优点 ?驱动6 N-通道MOSFET ?同步整流，减少功率耗散
恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298N可接受标准TTL逻辑电平信号V SS，V SS可接4．5～7 V电压。4脚V S接电源电压，V S电压范围V IH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。E nA，E nB 接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。
In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知E nA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当E nA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。 L298控制器原理如下： 图3是控制器原理图，由3个虚线框图组成。 下面是3个虚线框图功能： （1）虚线框图1控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，V I来自炉体压强传感器的电压。当V I＞V RBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。同理V I＜V RBF1时，电机反转。电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。 （2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双
限比较器，当V B＜V I＜V A时输出低电平，当V I＞V A，V I＜V B时输出高电平。V A，V B是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求，我们可自行规定V A，V B的值，只要炉体压强在V A，V B所确定范围之间电机停转（注意V B＜V RBF1＜V A，如果不在这个范围内，系统不稳定）。 （3）虚线框图3是一个长延时电路。U5A是一个比较器，R s1是采样电阻，V RBF2是电机过流电压。R s1上电压大于V REF2，电机过流，U5A输出低电平。由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]： U＝C eФN＋R a I a 其中:Ф为电机每极磁通量； C e为电动势常数； N为电机转数； I a为电枢电流； R a电枢回路电阻。
1.检测霍尔传感器的值可以判断出转子的位置，再使能相应的上下桥臂，则能驱动电机运动；若要让电机持续转动，则必须再次检测传感器值及使能相应的上下桥臂。这里采用的是将霍尔传感器输出的三根线相边的IO口配置成外部中断，并且为边沿触发，在中断函数中加入传感器检测与上下桥臂切换程序，如此电机就能持续运转了。 2.上桥臂的控制采用IO口置高低电平来控制上桥臂的通断，下桥臂则使用单片机内部集成的三路PWM波来控制，通过控制PWM波的占空比，可以实现对电机的调速了。实际测得，占空比与电机的速度成正比例关系，在PWM波频率为20KHz时，占空比增加1%，速度增加60rpm，并在占空比为53%时达到额定转速3000rpm（空载）。 3.速度测量则采用如下公式： 电机每转一圈，霍尔值改变6次x5个周期=30次，记录边沿触发的中断次数N/30=电机转过的圈数,设运转时间为t(s)则电机转速v=N/30/t*60 rpm。即动转时间为2s时，霍尔值改变次数即为速度值，单位rpm。 4.调速：给定速度，由电机驱动板自动由当前速度平滑过渡到给定速度。实际测试发现，速度变化量很大时，电机会有突然加速或减速时的冲击；因此，调速应有一个缓冲的过程。即加速或减速应以小步进缓慢增加或减少占空比来让速度渐渐达到最终值。 #include "stm32f10x.h" #include "driver_motor.h" #define PWM_PERIOD_T 400 #define U_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_13 #define U_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_13 #define U_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_8 #define U_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_8 #define V_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_14 #define V_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_14 #define V_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_9 #define V_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_9 #define W_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_15 #define W_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_15 #define W_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_10 #define W_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_10 #define SU_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_15 #define SV_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_12 #define SW_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_11 //u8 Motor_Dir=0; //u8 Motor_EN=0;
基于 DSP 的无刷直流电机控制系统的设计
2010-1-13 22:24:00 来源：
摘 要：介绍了以高性能 TMS320F2812 DSP 芯片为核心的无刷直流电机控制系统的设 计和实现，主要包括系统硬件电路的主要构成，电机的控制策略及软件结构。 实验 表明，该系统结构简单紧凑，控制精度高，具有良好的静态和动态性能。 关键词：无刷直流电机;TMS320F2812;控制系统 Design of Control System of Brushless DC Motor Based on DSP WANG Chen-yang, ZHANG Qi, XIONG Jiu-long Abstract: The design and implementation of brushless DC motor control system based on high performance DSP TMS320F2812 is introduced in this paper, it is made up of three aspects, the main structure of system hardware, the strategy of motor controlling and software structure。 Experimental results show that the system has a simple and compact structure，high control precision and good dynamic and static characteristics. Key Words：brushless DC motor;TMS320F2812;control system 1. 引言 无刷直流电机利用电子换向器取代了传统直流电机中的机械电刷和机械换向器， 因此不仅保留了直流电动机运行效率高和调速性能好等优点， 又具有交流电动机的结 构简单、运行可靠、维护方便等优点。由于不受机械换向限制，易于做到大容量、高 转速，目前在航天、军工、数控、冶金、医疗器械等领域已得到大量应用。 TMSF2812 DSP 是 TI 公司新推出的基于 TMS320C2xx 内核的定点数字信号处理器。器件上集成了 多种先进的外设，具有灵活、可靠的控制和通信模块,完全可以采用单芯片实现电机 控制系统的控制和通信功能，使得电机控制系统简单化、模块化，为电机及其他运动 控制领域应用的实现提供了良好的平台。 本文设计和实现了基于 TI 公司 TMS320F2812 DSP 芯片的无刷直流电机控制系统，整个系统结构紧凑，功能完善。 2. 系统硬件设计 系统的硬件框图如图 1 所示，可以看出基本上包括一个以 TMS320F2812 DSP 为核 心的 DSP 控制板，一块配套的功率驱动板和一台无刷直流电机。
小功率低成本的无刷直流电动机控制器研制 合肥工业大学自动化研究所肖本贤 摘要：针对电动助力车与压缩机电机的特点，对其驱动控制进行了研究，提出了一种高效低价的小型控制器的设计。主要介绍以专用控制芯片MCC33035、MC33039、IR2130为核心构成的永磁无刷直流电动机控制器结构，主要涉及核心控制电路的构成、功率开关元件的驱动以及必要的保护措施。 1 引言 永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机那样固有的优越的起动性能和调速特性，而无机械式换向机构，现以广泛应用于各种调速驱动场合，其应用前景看好，尤其从当今的环保、能源、效率等综合因素出发，水磁无刷直流电机可望在未来的电动车及冰箱或空调类永磁压缩机领域占有主导地位。 永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强、特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。 2 无刷直流电机的驱动控制电路 无刷直流电动机功率开关电路一般采用桥式或非桥式驱动，由于三相星形桥式驱动方式，其绕组利用率较高、力矩波动小，因而被大量采纳。图1 是其工作原理图，对压缩机类负载，其输入可采用220V／50HZ市电输入、二极管单相全桥整流、电容滤波后得到；而对电动车其直流电源一般均为蓄电池。图中主回路功率器件选用POWER-MOSFET，驱动电路采用IR公司生产的六输出高压MOS栅极驱动器IR2130。
几种用于IGBT驱动的集成芯片 2. 1 TLP250（TOSHIBA公司生产） 在一般较低性能的三相电压源逆变器中，各种与电流相关的性能控制，通过检测直流母线上流入逆变桥的直流电流即可，如变频器中的自动转矩补偿、转差率补偿等。同时，这一检测结果也可以用来完成对逆变单元中IGBT实现过流保护等功能。因此在这种逆变器中，对IGBT驱动电路的要求相对比较简单，成本也比较低。这种类型的驱动芯片主要有东芝公司生产的TLP250，夏普公司生产的PC923等等。这里主要针对TLP250做一介绍。 TLP250包含一个GaAlAs光发射二极管和一个集成光探测器，8脚双列封装结构。适合于IGBT或电力MOSFET栅极驱动电路。图2为TLP250的内部结构简图，表1给出了其工作时的真值表。 TLP250的典型特征如下： 1）输入阈值电流（IF）：5 mA（最大）； 2）电源电流（ICC）：11 mA（最大）； 3）电源电压（VCC）：10～35 V； 4）输出电流（IO）：± 0.5 A（最小）； 5）开关时间（tPLH /tPHL）：0.5 μ s（最大）； 6）隔离电压：2500 Vpms（最小）。 表2给出了TLP250的开关特性，表3给出了TLP250的推荐工作条件。
注：使用TLP250时应在管脚8和5间连接一个0.1 μ F的陶瓷电容来稳定高增益线性放大器的工作，提供的旁路作用失效会损坏开关性能，电容和光耦之间的引线长度不应超过 1 cm。 图3和图4给出了TLP250的两种典型的应用电路。 在图4中，TR1和TR2的选取与用于IGBT驱动的栅极电阻有直接的
关系，例如，电源电压为24V时，TR1和TR2的Icmax≥ 24/Rg。 图5给出了TLP250驱动IGBT时，1 200 V/200 A的IGBT上电流的实验波形（50 A/10 μ s）。可以看出，由于TLP250不具备过流保护功能，当IGBT过流时，通过控制信号关断IGBT，IGBT中电流的下降很陡，且有一个反向的冲击。这将会产生很大的di/dt和开关损耗，而且对控制电路的过流保护功能要求很高。 TLP250使用特点： 1）TLP250输出电流较小，对较大功率IGBT实施驱动时，需要外加功率放大电路。 2）由于流过IGBT的电流是通过其它电路检测来完成的，而且仅仅检测流过IGBT的电流，这就有可能对于IGBT的使用效率产生一定的影响，比如IGBT在安全工作区时，有时出现的提前保护等。 3）要求控制电路和检测电路对于电流信号的响应要快，一般由过电流发生到IGBT可靠关断应在10 μ s以内完成。 4）当过电流发生时，TLP250得到控制器发出的关断信号，对IGBT的栅极施加一负电压，使IGBT硬关断。这种主电路的dv/dt比正常开关状态下大了许多，造成了施加于IGBT两端的电压升高很多，有时就可能造成IGBT的击穿。 2.2 EXB8..Series（FUJI ELECTRIC公司生产） 随着有些电气设备对三相逆变器输出性能要求的提高及逆变器本身的原因，在现有的许多逆变器中，把逆变单元IGBT的驱动与保护和主电路电流的检测分别由不同的电路来完成。这种驱动方式既提高了逆变器的性能，又提高了IGBT的工作效率，使IGBT更好地在安全工作区工作。这类芯片有富士公司的EXB8..Series、夏普公司的PC929等。在这里，我们主要针对EXB8..Series 做一介绍。 EXB8..Series集成芯片是一种专用于IGBT的集驱动、保护等功能于一体的复合集成电路。广泛用于逆变器和电机驱动用变频器、伺服电机驱动、UPS、感应加热和电焊设备等工业领域。具有以
直流无刷电机 驱动IC 版本号：V1.0 日期：2013年5月28日
一.特色： 三.封装形态 二.简介： ● 军工品质，工作稳定 ● 用于有霍尔/无霍尔无刷电机驱动 ● 正/反转控制，软切换功能 ● 转速线性调节 ● 过流保护 ● 短路保护 ● 欠压保护 ● DSP 核H_PWM 驱动低噪音 ● JYKJ 特有技术，保证了在任何工况下电机都能正常运转 ● 有霍尔与无霍尔应用自动识别功能 ● 外围电路简单，使用方便 JY01A 是一款多功能的无刷电机驱动IC ，可用于有霍尔、无霍尔无刷电机驱动。具备调速，正反转，过流保护，短路保护，欠压保护等功能，军工级品质，工作稳定，防干扰能力强等特点。
四.电气特性： （一）绝对最大额定值 V DD………………………………………………………………………………相对于GND+5.5V 所有输入电压…………………………………………………………GND-0.5V—VDD+0.5V 所有吸入输出电流………………………………………………………… IOL/8mA，IOH/5mA 工作温度…………………………………………………………………………………-40℃~85℃储存温度…………………………………………………………………………………-50℃~125℃ （二）直流特性 符号符号描述最小值典型值最大值单位条件 V DD电源 4.55 5.5V正常工作环境下 V IL 输入IO低电平00.3V TTL电平 V IH 输入IO高电平35 5.5V TTL电平 IOL低电平吸入电流58mA TTL电平 IOH高电平输出电流35mA TTL电平 Vjd模拟输入电平05V模拟输入电平范围 Ijd模拟输入电流100nA模拟输入电流值
电机驱动有单极性和双极性两种。当只需要电机单方向驱动时，可采用单极性驱动，如下图(a)所示，此电路由于续流二极管工作时间较长，损耗大，所以改进后的半桥驱动如下图(b): Figure 1.Illustration of the half bridge. 当需要电机正反两个方向旋转时，采用双极性驱动方式，如下： Figure 2．Illustration of the H bridge. 功能逻辑如下：（1：合并，0：断开） S1 S2 S3 S4 电机动作 1 0 0 1 正传 0 1 1 0 反转 0 0 0 0 自由 0 1 0 1 刹车 1 0 1 0 刹车 这又称为全桥驱动，上图中开关使用大功率MOS管替代，可以使用分立元件，也可以使用集成电路。但是能用于PWM驱动的低电压大电流芯片产品并不多，在智能车比赛中使用最多的有：MC33886, VNH3SP30, BTS7960B, DT340I, IRF3205。 根据查阅的资料，使用单片MC33886时易发生发热、噪声等问题，对电源电压影响过大等问题，所以可以使用两片并联，如下所示：
该接法降低了MOS管的导通内阻，增大了驱动电流，可以起到增强驱动能力、减小芯片发热的作用，但是起始频率受限，电机噪声大且发热严重。 VNH3SP30是意法半导体公司生产的专用于电机驱动的大电流功率集成芯片。芯片核心是一个双单片上桥臂驱动器(HSD)和2个下桥臂开关,HSD开关的设计采用ST的ViPowe 技术，允许在一个芯片内集成一个功率场效应MOS管和智能信号/保护电路。下桥臂开关是采用ST专有的EHD(STripFET)工艺制造的纵向场效应MOS管。3个模块叠装在一个表面组装MultiPowerSO- 30引脚框架电绝缘封装内，具体性能指标如下: ①最大电流30 A、电源电压高达40 V; ②功率MOS管导通电阻0.034 Ω; ③5 V兼容的逻辑电平控制信号输入;④内含欠压、过压保护电路;⑤芯片过热报警输出和自动关断。与MC3886相比，它具有一个显著优点就是芯片不会发热，且保护功能强大，但是存在开关频率限10 kHz，电机噪声大且电机容易发热，但芯片较贵，很多场合性价比不高。 采用2个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B组合成一个全桥驱动器，驱动直流电机转动。BTS7960B是应用于电机驱动的大电流半桥集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求，因而减少了电磁干扰(EMI)。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和超温、过压、欠压、过流及短路保护功能。BTS7960B的通态电阻典型值为16 mΩ，驱动电流可达43 A，调节SR引脚外接电阻的大小可以调节MOS
电动小车的电机驱动及控制探讨 一个电动小车整体的运行性能，首先取决于它的电池系统和电机驱动系统。电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分组成。电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性，而且电机的转矩-转速特性受电源功率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。我们所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。本文即主要介绍这种直流电机的驱动及控制。 1．H 型桥式驱动电路 直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图1所示。 全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、 S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、 S4导通，这两种状态之间转换。在这种情况下，理论上要求两组控制信号完全互补，但是，由于实际的开关器件都存在开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比如在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。这个过程可用图2说明。 因此，为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过软件实现（具体方法参看后文）。 驱动电流不仅可以通过主开关管流通，而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时，电机便工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时烧毁。 开关管的选择对驱动电路的影响很大，开关管的选择宜遵循以下原则： （1）由于驱动电路是功率输出，要求开关管输出功率较大； （2）开关管的开通和关断时间应尽可能小；