无刷直流电机控制系统设计方案

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无刷直流电机芯片具备高性能、低功耗以及低成本的特点，在数字化控制系统中其外设资源只需利用少量的外围芯片就可以完成所需功能,特别是其双事件管理模块可以有效地控制多个逆变器，因此极大的提升了系统的可靠性。

1无刷直流电机控制系统结构分析

无刷直流电机控制系统通过对脉宽调制方式的利用控制电机的转向和转速，其主控制器为TMS320LF2407A芯片。外围电路主要包括数码显示、串行通信、驱动电路以及电源管理等。首先2407A控制器利用三个CAP端口对霍尔元件的高速脉冲信号进行捕捉，随后对转子的转动位置进行检测，并以转子的位置为根据激发相应的控制，使PWM信号的值得以改变。在经过相应的隔离之后，PWM信号就能够到达逆变桥，对其中IGBT的开通和关断进行控制。霍尔元件H1、H2、H3会随着电机转子的转动形成六种状态，DSP能够以每一种状态为依据将相应的控制字发出，从而使电机的通电相序得以改变，最终有效地控制电机的转动方向、转速以及连续运行。

2电机控制系统模块

（1）电源管理

电源管理就是提供所需电压，确保各单元电路能够稳定工作，其主要包括以下几个部分：①选择+24V直流电源作为无刷直流电机供电电源，然后利用LM7815稳压器将其转换为+15V，向相关电路和驱动芯片IR2136供电；②选择3.3V为2407A供电，这样就能够对其芯片功耗进行有效控制。在本方案中采用了与TPS75733相同的电源专用芯片，可以将5V电压转换成3.3V。

（2）时钟输入

由于DSP的内部指令具有较高的周期，外部晶振缺乏充足的主频，因此PLL被配备到了多数芯片中，这个模块通过对外部滤波器回路的利用对电磁干扰和信号抖动进行抑制，滤波器回路主要包括电容、电阻，如果由l0MHz有源晶振提供外部时钟信号，那么状态寄存器和系统控制对4倍频因子进行设置，这时2407ADSP工作在最大时钟频率。

（3）片外存储器

本方案中的片外存储器为具有15ns访问时间、64K×16位容量以及3.3V工作电压的RAMCY7C1021。通过地址线、数据线片外存储器就可以连接DSP；输入使能引脚WE与输出使能引脚OE分别连接DSP的写选通DSPWE与读选通DSPRD。用跳线在进行仿真调试的时候将片选引脚CE连接到选通引脚DSPPS，并且将其作为外部程序存储器。

（4）驱动电路

IGBT、MOSFET的专用栅极驱动集成电路就是IR2136，其主要为选择自举技术，因此只需要一个直流电源就可以使功率驱动元件驱动电路实现对功率管的最优驱动。同时其还具备完善的过流保护和欠压保护，从而提升了系统的安全性。在本方案中三相全控逆变桥电路主要是由IRG4BC30UD组成的，主功率电路能够接收6路PWM信号，IR2136芯片能够对六个大功率管的关断和导通顺序进行同时控制，并且还可以对三相全桥驱动电路下半桥和上半桥的导通关断进行控制，从而实现控制电机正反转和转速的目的。

（5）位置检测和转向控制

霍尔位置传感器主要包括两个方面的功能，首先是对电机相绕组的换相信号进行检测，其次是和控制器共同构成转速的反馈环节。

（6）串行通讯接口电路

本方案中利用RS232串行通信向DSP进行传输，随后由DSP向上位机传输运行的结果，这样可以保证被控电机和远程客户端之间的通讯。在进行串行通讯的时候主要采用驱动芯片ADM202E，其具有+5V供电、集成度高、功耗低等特点。

（7）数码显示电路

本方案通过对SPI同步串行口的利用保证显示单元与DSP实现通讯。8位LED显示器主要是由MAX7219来驱动的，其LOAD、CLK、DIN分别连接了2407ADSP的SPICLK、SPISTE、SPISIMO端。利用寄存器进行设置，使DSP在主操作模式下工作，其中从片为MAX7219。

3系统主控软件

①DSP初始化：主要是初始化A/D、EVA事件管理器等各种模块的寄存器；②参数设定子程序：主要是利用PC机通过串口预置电机的给定速度与电流环、速度环的各自的积分系数、比例系数等，具有灵活方便的特点。③正反转设定子程序：主要是利用串口在电机运行之前将一个正反转标志设定好，也就是完成计数，并且将误码数输出。

4结语

相对于传统的单片机而言，本设计方案具有性能稳定可靠、运行速度快、设置灵活、电路简单等特点，因此应用范围广。

作者：吴玮玮 单位：陕西国防工业职业技术学院