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。先来说下原理无刷电机其实就是直流电机，和传统的DC电机是一样的,只是把有刷的电滑环变成了电子换向器。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erf'Fit qi . KWIJS无涮电调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，有感在低速万面好，可以频繁后停换相。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U V W这个交流电还是有区别的。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 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foc等更好算法。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选p

3、mos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。f 型 < £r. I HPV-M Cfr" L I1阳3IHferIMrj Lm Vb*- H 甲 KIVCC VlCOM LO 15*Q21.六臂全桥驱动电路原理有感模式控制相对简单，3个霍尔传感器输出一般都是数字信号，分压后直接接单片机ioJ 1CON6|hGND7 X：

4、 L UHALL V礼水J4 7K11ALL LTjkBjkEjkGNTX7NIXjND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 timl 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(step)*/case 4: B+ C- /* Next step: Step 2 ConfigurationTIM_CCxCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCx_D

5、isable);TIM_CCxNCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCxN_Disable);123 456 / ft/, Channell corrfIon *7/* Channel2 ccTrfiftution *!T D1_5elCijmpdrel( BLDC_TIMx. B LDC_TIM_PE RICO);Tn1_ccxciitl(EJLDL_! ihx,jr r iM LLx tnsble);/* Chaniel? confiurotion /TTfl_5etCcif(Jare3 (Bl M_TI 旭.BLDC_JTM_PF RTQD* speed_d

6、u ty/1060) .11 M_LC x帆 m (H LDL llPta,r m CL Lnabla):breakjl as* S： /R+ 人ID1112 13141516 17 )8 n202I刀 flMt step： Step 2 Conilgunation TIM CCxCudOLDC TlMx J1H Channel _5PTIM CCx_0i5able);tt njee xfir iwi (e :. i tmj、1mt tnjr 蛾i M a hl a);/* Chanriell tonfiguratlcm ,/tin sp?c-imparpi(Ri nf TiHsiELir _

7、i rn_PFEino,-；rppd_7Eiry/laati);TIMCCxNCmdfB.DC TlrtxjlLH CWnel ifTIM CCxN Jna&le);/* chanrielJ ronfiguratlon 17TIM SrftCompare2(BLDC TIflxtBLX TIM PERIOD);T IMJXKOd ( BI DC_TTMx J WChaiv 电_九 TIM_CC *_En 曲 12):/* LhannelJ configufation *7 break;24 2E26 2/28 237。31况3334光/* Mc?xt 5Top: Step tonlig

8、jrition -TI n_CCxC3id (目 LDC_ TIFfeICh annel2, TI Mp,CCx_Dlz able);nn_rr nn mr(p： dt_t i pu, h_r 打的 物】_ 九 t tmjcx 曲】切；/* Chdmeli Lonfiguration */TIM_ ietc 二 Ep m咋1 f BL DCJ MX d E _t _ I 1上 Pi：m CO + 环 3“二 Ut y? 1 日即)；TIM_CKfKtnd(B LDCJ 工认 TIH_ChM 醛 1J /I IMJCC kNnable);/, £han"eI2 configu

9、ration */* Channel io"：figuniti&n UTH1_5etCOH)aFe3(0tDC_TIt F&LK_TIM_Pf RTOD)；r IMLCxCTdi m L9C 11c,nM_Cha,1 IH_LCM_bng ble);beak;37 case a： /c+ b-38 394。41424344 454647 4a 和 SD/* Next step: Step 5 Crm+igin*ationT IM_<XxCai(j (B L DC_ TI Kx, TIM _Ch a nnel.1 1, rTM_CCx_J 让 加 1 m )；r

10、i m_ccto (B i(K_ r I nx. , t lh_c h nt 1_ i j 1 iHCCxNOlSsbie);J* ChnnnpJ configuration *7r Ctianeli ccfrFlgu-ation 吁TIM_5ttComparc2(DLX_TIHx,DLDC_TIH_PERlOD-5pCEd_:uty/103O);TIF1_CCxNCh!r：(fl DC_1 IMhTTHJ'i郎股 1_?,T_Ena'口？匕/* ChanelJ corifigu-ition *7TIM_翘LC 叫小(ELDC_TlMjinE.D£：_TIM PU1O

11、DJ；TIM C£斌udiLDC 门桩，TIM Chanrcl 3tTIM CCx Ensbl);b"edk;52 产 Nexr Kep; Step Q configuration -S3TIM.CCMCmdfBLOC TIMxJIM Channel_31TTM Cx.Di sable;MT IH_t C kNC sd B LDC _ T IM*, T IM Chan, TI>1_CC x.K_Di sflb le )；5556 ?/ ChanrtMl configurario*r */57I Ihi 5etCoapdr e 1 ： 6l_DC t IHjc, BLD

12、C_IIM PERIOD),58 TIM CCxCnd(BLEX： TIMxJIH Charnel 1JIM CCx Enable);59，* Channels coniflurotion */bOr lM_SetCMpare2、HL口J11Mx. HLDC TLM PERlOO '&peed duty < 1008);61OM CfxNCffli(BiDf TTM J TMJhan仲 1_? , TTMTmNn而 1 p);62/* CtianrtelSiiMi */63 I isrealc;。6: /A+ £65 f* ne<r «ep; s

13、tep 1 conflguratlofi 66 TIM.CCJtfndifiLDC TIMxJIM.Charnel.：, TIM_Cx Disai)le)；67 UM CCxNCiKl(eLOC_TIHx,TIHraChfinr»el ?pTIM CCKK Oiselllch6869/,tanfi.urat 1,/70TIM_5elCW«rel( BLDC.TIrtx, BLDC_TItt_PERiae )；71nM_CCxCmd(eLK：_TTMxB 口种_由"。虱_1, TIMJXx_E”bleh72./* Canncl2 tqn4lgur自ttm */7Jf

14、* CannelJ c<jnfiguraticwi rt74TIMJMXgDAE引用 DC_TTHk,RI DC_TTW_PFRIOO' (jpeduty/lft6ft);75TlM CtAhCftiJtDLDC TirtsTlH ChdHEkel i.TIM CCxFY Eniiblt);76tw'eak;77 de+ault：/8l IM_LLM_nd(Hldc_ I Lflxi T IM_thanne 1_ 1 j lh Ltx liiaDJe j;79 TlM.axhlCBiKBLDC.TIrtR.lJM.Chanriel.nMmCCjtK.DUabie);30T

15、TM_C CxC»d(6 L DC_TTMx.TIMCha rn e1_ 3,TIM C CxDi s flb1e);81T IMCCxMC ad B LDC _T IMm T IHCh an nel_2, TI M_CC)ch_D £sable) J82 TTM CCMCnd(BLDC TIMx, TIM J： ha hop l_i, TTMCr Di qn W);8 J UM CCX*iC nd 伊 I。jn M, T TH/h M 峰工=九 T”_£ 口心口 KiBl« 储&4 ； breaki)下图为uvw三相的霍尔检测到的电平及w相的波

16、形。下图为uvw三相波形及 w相霍尔电平下图为w相电平，w相上臂on下臂pwm , w相霍尔信号。下图为w相ir2304 芯片输出，上臂电压可明显看到已高于 vcc ,下臂为pwm信号 n ©mV14 N-Nnr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，

17、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1/25 ，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;i<timer; i+)Delay_US(120); /

18、 等待timer-= timer/25+1;if(timer < 25)if(TEST_MANUELL)timer = 25; / 开环强制换向elsebldc_dev.motor_state=RUN;break; Phase+;Phase %= 6;BLDC_PHASE_CHANGE(StepPhase); 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 =

19、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ac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.Ruh BCin Bin Am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Kw4仁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

20、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比较器lm339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to tl t2 t3 t4 t5 t6图1-24六种通电情形下各绕组的电流和感生电动势理想很完美，现实很残酷，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。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litk-LMb原理不深究了，反正时间很短，软件上做一

21、个滤波消掉就可以了。进入中断函数后做如下处理，定时器的中断我暂时用的20us const unsigned int FilterNums = 0xff;static unsigned int nums =0;static unsigned int Queue_UStatus =0;static unsigned int Queue_VStatus =0;static unsigned int Queue_WStatus =0;static unsigned char EMF_SVal =0;unsigned char Filter_U_Status=0;unsigned char Filter

22、_V_Status=0;unsigned char Filter_W_Status=0;unsigned char EMF_Val=0;unsigned int status_h;unsigned int status_l;unsigned int Delay30deg =0;/*清除中断标志位*/if ( TIM_GetITStatus(TIM3 , TIM_IT_Update) != RESET ) TIM_ClearITPendingBit(TIM3 , TIM_FLAG_Update);1 2 3 4 5 678QJ01234 5 6 78 9 0123456 7 8 9 o 1Z34

23、567包9017345678 9 口 111 1111112222222 2- 2 2 3 333333J3 4444-<4 4 4-4 5niJT1S4+； "覆棣虫态Queue_Ut3tu£= Queije_UStatusQucucVStatus- Qucuc_V5tatus <<L;Qucuc tJStatus* Qucuc kStatus (<1;Qoeue_U5tatU5 卜 EMF_U_5TATU5; /M值 Queue VStatui | = RlF v STATUS,QueueHStatus |= EMF_W_5TATU5iB费检冽消端漫status h = Queue UStatus &FiLterNums;if(statiis_h -= Filter hums) Hilter_u_status = 1；else i4(statu-;_T = flxfl； Filtpr_U_Status = B; else return;status h - Queue-VStatuj SFilterNurriS；if(EtatU5_h - FlltarN