直流无刷电机转速控制电路设计-(1).ppt

1、直流无刷电机转速控制电路设计,导 师:沈小林 答辩人:崔晓江 学号:0805054119,论文框架,研究背景和意义 研究内容 设计主要内容,1,2,3,4,总结,研究背景和意义,一个多世纪以来，电机作为电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有同步电机、异步电机与直流电机三种。直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中，但传统的有刷直流电机均以机械换相方法进行换相，存在相对的机械摩擦，因此带来噪声、火花、无线电干扰及寿命等致命弱点，从而大大地限制了它的应用范围。而相比有刷直流电机，无刷直流电机的结构是以电力电子电路

2、取代传统有刷直流电机的电刷，故其既具有有刷直流电机运行效率高、运行性能好等优点，又具有交流电机运行结构简单、运行可靠、维护方便等优点。目前，随着半导体技术的快速进步与永磁材料的新发现，高性能、低成本的永磁无刷直流电机已成为调速领域的领军力量，它具有巨大的开发潜质和广阔的应用前景。,研究内容,针对小功率直流无刷电机的控制要求，设计以嵌入式处理器为核心的驱动控制系统，要求能够对电机的转速进行控制，并能够将实时转速通过显示装置显示。 要求充分了解PWM控制电机的原理、嵌入式处理器原理以及相关接口及供电技术，掌握数码显示原理及接口设计。,无刷直流电机的结构和工作原理,永磁无刷直流电动机(Brushle

3、ss DC Motor, BLDC)是一种典型的机电一体化产品，它是由电动机本体、逆变器、位置检测器和控制器组成的自同步电动机系统，其结构原理图如图所示。位置检测器检测转子位置信号，控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号，开关信号以一定的顺序触发逆变器中的功率开关器件，将电源功率以一定的逻辑关系分配给定子各相绕组，使电动机产生持续不断的转矩。,无刷直流电机组成框图,电机本体,永磁无刷直流电动机转子结构型式,永磁无刷直流电动机的转子利用永磁体形成主磁极，常见的转子结构如图所示。面贴式结构是在铁心外面粘贴上瓦片形永磁体，具有结构简单制造成本低的特点，但在高速时永磁体易被离心力甩出，所

4、以多用于低速电机。具有这种转子的电机称为面贴式电机(Surface-mounted Permanent Magnet Machine,SMPM)。,除了上述基本结构外，还有一种外转子式结构，即带有永磁极的转子在外面，嵌有绕组的定子在里面。电机运行时，外转子旋转。这种结构主要用于电动车的驱动。,无刷直流电动机的基本工作原理,永磁无刷直流电机最常用的主电路为星形连接三相桥式主电路，这种电路主要有两种导通方式：二二导通方式和三三导通方式。 二二导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期（60电角度）换相一次，每次换相一个功率管，桥臂之间左右互换，每个功率管导通120电角度。 三三导通方式是

5、在任一瞬间使三个开关管同时导通，同样每隔60电角度换相一次，每次换相一个功率管，但换相发生在同一桥臂上下管之间，因而每个功率管导通180电角度。,永磁无刷直流电动机工作原理示意图,无刷直流电动机开关管导通顺序,通过检测定子绕组未导通相的反电势过零点来确定转子的位置，以便发出相应的切换信号。主电路为三相桥式全控星形连接的无刷直流电动机的等效电路，在二二导通方式下，各导通管脚、绕组电流及反电势波形如图所示。在图中我们看到，功率管的切换发生在反电势过零后延迟30的地方。因此，只要检测出了反电势过零点，就能正确进行功率管的切换。,永磁无刷直流电动机开关管 导通顺序,本设计采用高压侧功率管调制方式，而低

6、压侧只是在电机换相时导通或关断，不导通相得反电动势可以在PWM高电平和相电流续流阶段中被检测出来。如图所示，在一个PWM调制周期中，当PWM信号为低电平相电流处于续流状态时，高压侧功率管SW1关断，相电流经由功率管中集成的续流二极管VD1，在A相和B相绕组中续流。在这个续流阶段中，不导通相端电压同样可以检测出反电动势的过零点。,BLDC反电势过零点检测方法,BLDC运行时三相端电压电路,图中所示为所设计的无位置传感器控制系统总体结构。其中，经限幅电路输出的三个反电动势信号经过过零比较器，输入到控制器中，由控制器判断出过零点，进过DSP内部控制算法后输出6路PWM信号给三相逆变桥，对无刷直流电机

7、进行换相和调速，从而可以进行相应的换相控制。,无位置传感器控制系统总体结构,系统框图,一个典型的 DSP 最小系统如图所示，包括DSP芯片、 电源电路、 复位电路、 时钟电路及J TA G接口电路。考虑到与 PC 通信的需要，最小系统一般还需增添串口通信电路。,电源电路和复位电路,DSP系统一般都采用多电源系统 ,电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。TMS320F2812 是一个较低功耗芯片 ,核电压为 1. 8V , IO 电压为 3. 3V。本文采用 TI 公司的 TPS767D318 电源芯片。该芯片属于线性降压型 DC/ DC 变换芯片 ,可以由 5V 电源同时产生两种不同的电

8、压( 3. 3V、 1. 8V 或 2. 5V ) ,其 最 大 输 出 电 流 为1000mA ,可以同时满足一片 DSP 芯片和少量外围电路的供电需要 ,该芯片自带电源监控及复位管理功能 ,可以方便地实现电源及复位电路设计。复位电路原理图如图所示。,本设计采用的是内部振荡器，在 X1/ XCLKIN 和 X2 两个引脚之间连接一个石英晶体。晶体电路如图所示。 JATG接口用于上位机与目标板之间相互传输数据和信息，通过JATG接口可以将程序下载到DSP的程序存储器中如图所示 。,时钟电路,JATG接口电路,时钟电路 和JATG接口电路,如图所示，为6路PWM信号脉冲驱动电路。该电路有一块IR2130芯片所组成，IR2130工作时，从脉冲形成部分输出的6路脉冲信号，经3个输入信号处理器，按真值表处理后，变为6路输出脉冲，其对应的驱动3路低电压侧功率MOS管的信号，经3路输出驱动器放大后，直接送往被驱动功率MOS器件的栅源级。而另外3路高压侧驱动信号H1H3先经集成于IR2130内部的3个脉冲处理和电平移位器中的自举电路进行电位变换，变为3路电位悬浮的驱