成本经济的低噪声有刷直流电机控制解决方案

1、成本经济的低噪声有刷直流电机控制解决方案有刷直流(bdc)电机广泛被用于多种应用中，包括许多小型设备和小家电。传统上，小型设备/家电市场采纳模拟控制办法来驱动bdc电机。低成本解决计划为bdc电机控制带来办法的重大革新。bdc电机结合带有智能的单片机即增加了此类小型设备的功能，同时又提高了能源效率。本文描述了bdc电机的基本工作原理和应用。此外，本文还给出了采纳单片机的一种低成本有用bdc电机控制计划。在bdc电机中采纳高效的单片机设计可以获得运行噪声小、速度和扭矩控制精度高的低成本解决计划。有刷直流(bdc)电机的工作原理图1示出的是bdc电机的基本构造。图中画出的组件包括定子、转子、电刷和

2、换向器。定子和转子磁场互相作用驱动电机旋转。有刷直流电机的类型按照电机定子或外壳中磁场的产生方式来划分。按照有刷直流电机的类型，定子磁场可以由永磁铁或定子中的绕组产生。对于后一种状况，定子绕组与转子绕组可以是并行、串行、或混合方式衔接。这三种有刷直流电机分离称为并激、串激电动机和复激电动机。定子产生静止磁场。这一静止磁场围绕在电枢(或称转子)的周围。外加电源激发出电枢磁场。bdc电机轴上还有两个圆弧形的铜片，称为换向片。电机转动时，碳质的电刷在换向器上滑动。这样就可以产生一个与定子的静止磁场相吸引的旋转磁场。电枢和定子绕组中的由电池或其它直流电源供应(永磁bdc电机没有定子绕组)。电池(或直流

3、电源)提供恒定的直流。电压幅度打算了电机的转速，因此是电池或直流电源是一个线性激励源。转变bdc电机速度的最有效方式是采纳脉宽调制()技术。pwm技术是以固定的频率开关恒压源。转变pwm信号的脉冲宽度可以调整电机的速度。脉冲凹凸电平间的比例称为pwm信号的占空比。直流电池电平的幅度等于pwm信号的平均幅度。应用实例：单片机/电机控制实例单片机设计中带有内建的外设，因此只需要最少量的外部元器件就可以简单地实现bdc电机的速度和方向控制。16f684是一款14引脚单片机，对于低成本双向bdc电机控制十分抱负。之所以挑选pic16f684 做为例子，是由于这款单片机带有内建的外设，只需要最少量的外部

4、元器件就可以简单地实现bdc电机的速度和方向控制。这款单片机的两大特点对于bdc电机控制十分实用。首先，片上内建有增加捕捉/比较/pwm(eccp)模块，当配置为全桥模式时，可以提供挺直驱动h桥所需要的pwm信号。h桥电路可以为电机提供双向电流驱动。pic16f684其次个十分适合电机控制器的特点是可以产生频率高达31.2 khz的8位pwm信号。对于电机控制应用来说，这一点很重要，由于低于20 khz的频率会导致电机产生人听觉范围内的噪声。不需要增强任何外部时钟源，pic16f684 就可以提供高于听觉频率的8位辨别率。为了获得高出听觉频率范围的频率，此前的单片机需要在运行时降低pwm的辨别

5、率。与其它具备eccp的单片机相比，pic16f684体积小且成本效率高。利用片上eccp模块做为pwm硬件发生器，而不是采纳过去的软件解决计划，珍贵的单片机处理器资源可以用于完成其它任务。此类应用中用法的片上外设除eccp模块外，还有一个内部10位模数转换器()。eccp有捕捉模式(可捕捉定时器寄存器的16位值)、几个和4个pwm。在无的bdc电机控制应用中，4个pwm通道是一个重要优势。2所示，协作外部桥和4个fet驱动器件，单片机的pwm模块可以简单地实现双向电机控制。图2中的低成本bdc电机控制系统在全桥pwm模式下用法eccp。用户可简单地配置pwm占空比，并实时转变单片机内部。此外

6、，利用单片机片上的一个10位adc来测量反向电动势(emf)，pic16f684可以简单地跟踪电机的转速(rpm)。本应用中的硬件有三个主要部分。一个电源级、一个通信模块(rs-232)和一个rpm及电流测量级。电源级包括提供bdc电机双向控制的全h桥。pic16f684通过rc2、rc3、rc4和rc5引脚衔接到h桥。从ra5引脚通过一个rs-232端口可以将有关pwm占空比、单片机振荡器速率、电机rpm和电流值等命令和信息发送给计算机。虽然实际生产出来的设备很可能并没有这样一个通信接口，但在开发阶段这样一个通信接口十分实用。在实际产品中，ra5可以被给予不同的用途，如点亮状态指示或者读取电

7、位计输入。通过测量电机的反向emf电压，不需额外传感器即可以获得电机转速(rpm)。电机转速与反向emf电压挺直成正比。bdc电机是一种感性负载。电机上感生的电压等于电机乘以di/dt 。将对应fet关断(off)即可以测量反向emf电压。这会产生一个反方向流过电机的电流。pic16f684中的adc模块可以测量出emf电压。通过测量s、qb 和 qd, 以及地之间电流检测上的高端电压可以获得电流值。 挑选适当的电阻值时需要考虑最大电流和功耗。pwm信号驱动bdc电机。h桥电路仅在pwm信号处于高电平常才汲取电流。采纳一个采样和平均算法在多个pwm周期测量结果的基础上算出电流值和电机转速。对低成本高能效bdc电