无刷电机控制器

1、板子外观100*60mm中等大小。DC 12V输入，设计最大电流10A.（实际没试过那么大的电机，手头的电机也就5 6A的样子）硬件上可以切换有感（HALL）和无感（EMF）两种模式，外部滑动变阻器调速预留有PWM俞入、刹车、正反转、USB和uart等接口。DC电机是一样的,先来说下原理无刷电机其实就是直流电机，和传统的只是把有刷的电滑环变成了电子换向器。融i! i因为少了电滑环的摩擦所以寿命静音方面有了很大的提升，转速也更 咼。0A电极:无剧电crpntorR KUZDS当然难点就在如何获取当前转子的位置好换相，所以又分为两种有感和无感。有感就是在电机端盖的部位加装霍尔传感器分别相隔30度或

2、60度。无感就是靠检测悬浮相的感应电动势过零点（后面在细讲）。当然各有各的优缺点，有感在低速方面好，可以频繁启停换相。无感的结构简单成本低，航模上应用居多。先说有感，电源首先被分成了3个绕组UVW 这个交流电还是有1002JI区别的。它只是3个h桥按一定的顺序导通模拟出来的，本质还是直流电。电 机靠hall位置按一定顺序换相，转速与电压电流有关。这一点切记，不foe等更好算法。是换的越快转的越快。（位置决定换相时刻，电压决定转速）一般调速就是调电压，6步pwm方式是目前常用的。当然后续还有硬件部分网上基本都是成熟的方案。三相H桥，H桥一般有上臂 mos和下臂mos组成，如果只是简单的做演示上臂

3、选pmos下臂选nmos控制电路简单直接用单片机的io就可以驱动。但是pmos低内阻的价格高。功率上面很难做大。但是上臂用nmos存在一个问题vgs控制电压大与vcc 4v以上才能完全导通。为了简化电路采用了ir公司出的驱动ic，它内部有自举升压电路。外部仅需一个续流的二极管及储能电容即可。Ctrl ViLtLt I Ii-W 殆 9 T I I I tc 邸需f4摘j-丁心丄f朮DFtJI Dill4 Un VDy- Itm 4 VDC V,L eg IjOD2LKI,卜 Lin Vb* llfl iHV ver VItow UCJTTiJi rc-HU； DI2Linn ILie ttC

4、-# VCC Vs -JfO -1皿i曲肩DXTJ .1 Vr I ； y nF i - T w 彳PTEIDEF5MG7t，V( i；voI.六臂全桥驱动电路原理为门育樂也旄明问理.我们先則京開作些商化”冲巧旳V1IH1I 1图:;-2肾伞桥？;烈动电打有感模式控制相对简单, 压后直接接单片机io。3个霍尔传感器输出一般都是数字信号，分JHALK, rV R4l门.眺 RHALL I SHALL k S rr I 1 S S4 =5 -6 =CON6|VCC_5V4 hGNUR4R4R49SJKpJKpJKGNDGNDGND当然控制方式上也就简单很多，三个霍尔接中断输入，在中断处理程 序中根

5、据组合状态换相，程序上也没什么复杂的。主程序一直检测ad值, 改变pwm占空比，及电流保护等。如下一个典型的换相代码。stm32有两个高级定时器 tim1 tim8 可以输出4组互补型pwm还可以设定死区时间等，使用上非常方便。switch(ste p)*/case 4: /B+ C- /* Next ste p: Ste p 2 Con figurationTIM_CCxCmd(BLDC_TIMx,TIM_Cha nn el_1,TIM_CCx_Disable);TIM_CCxNCmd(BLDC_TIMx,TIM_Cha nn el_1,TIM_CCxN_Disable);12U1516严

6、ChdH-ni 1Ion / hjn心i2 Cflvfifturotion *7TI n_灵 tCjhtpd r- s2 C BC DC_IIHz, B .K_T IH_PE R100),rirt LCwcmdBLDLriret, i iti_Lh3n?l_2, r im_l匚_tnsbl5);i * Channel? x珂i耳UFtion 7Tin 屜K，叫旧f M(RI rtf TTMj , fi Df TTH PERIOD*y/ Ifl朋覚rIM CtxFkmd(UlIK IIMx, IIHJLlarisi_J, IIW Ctx_bna; beak：卄1耳:F用+ a-i* icxT :

7、tep： step i tonfigjrationTin XjfCmdeLDC Tl/tcJIH Channel STIM CCk Disable).T1 M_(T 沖nir ( R ： rr TTW ,TTH iHr =2 * T TXC ；臥=F q 1 码；/* Ch a nr,ell zofigu-aticinriH iprf mpappiCBi nc_iitt)f,F： ik_t h_PFKiooEpppd-iJury/iaew);TIMmiC但LJX TIHxUIH CnarricI bTIM CCEnable);i a n 2022?23Z426?/2a2351323134北sr

8、,S738科40414H4344北46474&钊snTIHTTMChan.elJ oi jurat ion *7SeKoppareZfDtM- UHx.BLK TIH PERIOD);CC sCtiil (Al DC Tl Mk ,ITH_Lh d i kf 哙 1 _2 . nM_fr. *_F i i Ml * ;/* Ch an le J J eo figuration 叮br-eak;(刖F 1:/f+ i”/* E&5t 5 TCP： StG p d tcrs+igjratlanTIHCCxCiid(BLDC,TIMx,IIHCh3nr-el2.TIM_CCk匸匕ab 1 胡；TIM

9、_FM广jKi(R: n_TiMTTM_r nftfnp_?,TTf_n/* Chdn-eJl Lu-figudlion *11 n_SfltC ompaPltPLDC Ji JHX, EIM PE EJOO* S F 曲 djt ” W 典)；TIMJCKrnd (DlDC 1 IKx JIM.Ctionnel_l J IM. CCxSJ na&lc 3:/* Chan-.eiJ co-rfiguration *7/* Cll&tinel3 configuration */T T 交 I jntjM 广七3 (乱 nf_IW ,ElK_T TN_PE filOD)；rIM LCxtd(tJL

10、iX 1 JMx, riHChannoli J IMtLxtnsbie); beak:we/( + B/* 却ext 主tea: Stcp S ton+ijnation TTM-CTxOd (BLDC_TJFtK.TI*1_Cha rviel_J. TIM_CC K_Dbafcile);r 1 n etlkx jiH_cnirr*ei_ij r lm ccs?j_o;/ rhfinnpl 1 rtj-f igirdt inn */门 ChmnrelJ corfiguravion 押TIH_SttComp3Pc2(DLDC_IIHsi.DLDC_TIH_PtRIOD*spoed_=utyzl09

11、0); T1 M_cc X rr 闵值 1 oc也!(，廿用_口 i泗：i堆 1_厂 t 刑_c x y_eh Me)；严 ChanelJ corfigu-ation *7T曲M(BLDt_Il3i,BLDC_TPERIOD)；TIH CC? ;56789O123N、5555&66 &67禺9012弓G6G&7zz7fZ* fnnnM 1/TlM_5eLop对re丄BLtlL TlHjt.DL1X_TlODJ”TIM CC?cCiid8LEX； TTWxJIM Charnel 1田 CCx friable,/* ChJinnlS (on-fi:c?q /TIM Settoapare2(aLDC

12、 rifLx.BLDC_TIW_PfcRlOO ifeed cuty / ltw&);TIM_f);/* Channel 1 4：anf Igorat iisi /T IM_3e tCOB(j1 ( BLDC _TIHx, BLDC . T3吒 R IX) iTTM_CC3ECndfeLEX：.TIHx.nM_Char.nel_l,TTM_CCx_Enible);/* C h.ann&l2 toAif igurstloi * *$* cnannelJ coRfiguration */TIM, %就匸 gp anfH BL DC_TTH, BL DCTTMPER lOD * 占 peed_dut

13、v UeOS);IlM_CCj.JltftiJD LDC_riHRjTlH_C1iariritl_l,riM_CCxPi_Enble)i break;dpQiji? +:ij 48 c6I JM_LC5PLnd，tBLlXL_l l*lx, TXrt Channel lj JLM Ltx Diia&Je j; TIM CtxNCd(eLOCTIfajH_Channel,X,riM_CCKti,OU5ble): TlM_CCKCBd0L!K_TTMx,TIM_CHsnnel_2, TI4_CCMDi Sflble j ； T 1H_CC sNC od BWC_T IFbt 訂 IHCh an n

14、el_2 JI MCC K_D15able); TIM rCjefnd(SllDf_TlHx,TTM rharn&l_Tm_Crie_DtiahPj； TIM工tjtNCndeLOCHu .TTH Ciionnel ?,TTM tCxh OUob 1); break:下图为uvw三相的霍尔检测到的电平及w相的波形。下图为uvw三相波形及 w相霍尔电平* -:- * . ! A J；a： 曄:下图为w相电平，w相上臂on下臂pwm，w相霍尔信号。A： i彩坏rs外(* 却IwnVCC，下臂下图为w相ir2304芯片输出，上臂电压可明显看到已高于为pwm信号A： :A：10IZdhtiV1虬Mn

15、2. Kff在说说无感模式，由于没有了霍尔，电机无法知道转子当前的位置所 以就无法换相，而感应电动势也只有在转起来之后才有，所以无感模式的 启动是个难点。一般方法都是分三段法： 1 预定位 2 启动 3 进入闭环反馈 正如网友说的江湖一层纸，戳破不值半文钱。1. 预定为就是强制给某一相通电一段时间，让电机定位到这个位置。占空比 30-50% 不要太大，可能会发热。2. 启动，就是逐步的强制换相，当然要有个加速的过程，使电机转起来。 这个过程太慢会抖动反转，太快会丢步。参数需要一点点试，有点像 控制步进电机。要能使电机转的能产生电动势，我也是参照的德国MK 电调的算法。每次延时时间比上一次少 1

16、/25 ，形成一个加速的过程，直到电机完全 转起来产生足够的电动势。3. 闭环反馈控制换相跟有感差不多一样。speed_duty=30; /30% startBLDC_PHASE_CHANGE(StepPhase); /固定一相Delay_MS(200);speed_duty=pwm;timer = 300;while(1)for(i=0;itimer; i+)Delay_US(120); / 等待timer-= timer/25+1;if(timer 25)if(TEST_MANUELL)timer = 25; / 开环强制换向else bide dev.motor state=RUN;br

17、eak;P hase+;P hase %= 6;BLDC _PH ASE_CHANGE(Ste pP hase); /说到感应电动势很多人不明白，先来说说电流，电机线圈的内阻通常很小比如0.2欧，电机的电压比如10v，按理来说电流 100a为何电机不烧哪？其实电机线圈在通电的一瞬间并不是完全导通的，因为有反向电动感应势的存在，可能有 -9.8V 。 10V-9.8V = 0.2v /0.2 = 1A.这样算起来电流还合理。在说说那个初中学习的法拉第，当线圈切割磁场时会产生感应电动势，根据右手定则。不懂的自行上网搜。右手定则如下图当ae相在通电12v的情况下，静止状态下正中间中性点理论为6v，但

18、是转起来就不一定了，因为b相实际是在切割磁场，是会产生电动势的。而电动势的大小正负取决与当前在磁场ns极的位置。当切割 ns时为-1 ,切割sn时为1，平行时为0.利用这一特性不就刚好可以获得转子的位置吗?首先检测电路网上已经一大很成熟了。如下图，当然很多时候需要在4.7k对地的电阻上并一个100nf的电容，做一个低通滤波。也可以在软件中做滤波处理。我们所要做的就是检测这个悬浮相的电动势过零点。网上常用的两种方法：1单片机ad采集；2比较器比较。我选择了 比较器Im339价格已经很便宜了，在高速上比 ad有明显优势，只要比较 cin bin ain 与n点的压差即可获得零点。理想很完美，现实很

19、残酷，实际中根本得不到这么完美的波形。如下 图，这个已经是比较好的了，还是有很多毛刺。这个给单片机中断，肯定 一大堆问题，严重的换错相烧 mos管。.-gr 2-4U%为什么会有这些毛刺哪，有些还挺有规律。参考了网上的介绍，这中 间还有一个叫消磁的东西。20us。入中断函数后做如下处理，定时器的中断我暂时用的const un sig ned int FilterNums = 0xff;static un sig ned int nums =0;static un sig ned int Queue_UStatus =0;static un sig ned int Queue_VStatus =

20、0;static un sig ned int Queue_WStatus =0; static un sig ned char EMF_SVal =0;un sig ned char Filter_U_Status=0; un sig ned char Filter_V_Status=0;un sig ned char Filter_W_Status=0;un sig ned char EMF_Val=0;un sig ned int status;un sig ned int status； un sig ned int Delay30deg =0;/*清除中断标志位*/if ( TIM_GetlTStatus(TIM3 , TIM_IT_U pdate) != RESET ) TIM_ClearlT Pen di ngBit(TIM3 , TIM_FLAG_U pdate);2345678 9 02 X- 4 s 6 7 8 Qj 0 12 3 4 5 6 / s 9 o 7/901 I 1 11 11 1 22 22 2 2JL Jr 22 3 3T3_s-JJ)44444444r暖存i祇态Quale USt3Tu&= Quqlvg