基于三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器

本應(yīng)用筆記介紹了用作三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器。該微控制器具有使用多電機開發(fā)套件的片上集成應(yīng)用程序陣列，該套件可提供快速而精確的故障控制，以及高系統(tǒng)效率和易于定制的應(yīng)用程序固件開發(fā)。

圖1三相霍爾傳感器BLDC電機控制器的外觀概述。

硬體設(shè)計

該設(shè)計涉及以閉環(huán)或開環(huán)方式運行BLDC電動機，其速度由電位計設(shè)置。如架構(gòu)圖所示，該設(shè)計通過Z16FMC微控制器PWM模塊生成PWM電壓，以運行BLDC電機。顯示器運行時，三個霍爾傳感器的狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化。根據(jù)傳感器的狀態(tài)（換向）切換三相的電壓?；魻杺鞲衅髅?0度中斷一次捕獲計時器刻度，以測量電動機的轉(zhuǎn)子速度。在電流過載，欠壓或過壓以及溫度過高的情況下，可以使用其他外圍功能來保護系統(tǒng)。以下各節(jié)介紹了硬件。

三相橋式MOSFET

三相橋式MOSFET由六個以橋式連接的MOSFET組成，用于驅(qū)動BLDC電機的三相。直流母線保持在24 V，這與BLDC電機的額定電壓相同。每個高端和低端MOSFET相對都使用單獨的Hi-Lo柵極驅(qū)動器，從而使硬件設(shè)計更簡單，更可靠。自舉電容器充電會驅(qū)動高端MOSFET。使用分壓器將其降低至合適的值可監(jiān)控直流母線電壓，在直流回路中并聯(lián)一個分流器可監(jiān)控直流母線電流。NTC型溫度傳感器提供與溫度成正比的模擬電壓輸出。

PWM模塊

Z16FMC微控制器包含一個在此應(yīng)用中配置為以互補模式運行的6通道，12位PWM模塊。開關(guān)頻率設(shè)置為20 kHz。PWM輸出根據(jù)霍爾傳感器的輸入進行控制?；魻杺鞲衅鞯妮斎氪_定了三相橋式MOSFET的開關(guān)順序。PWM的占空比與加速器電位計輸入成正比。占空比的變化控制通過電動機繞組的電流，從而控制電動機轉(zhuǎn)矩。

換向邏輯

霍爾傳感器連接到Z16FMC微控制器上的端口PD3，PD4和PD5。當(dāng)任何引腳上的輸入狀態(tài)更改時，都會產(chǎn)生一個中斷。中斷服務(wù)程序檢查所有三個引腳的狀態(tài)，并相應(yīng)地切換電動機三相的電壓。梯形換向用于該應(yīng)用，以簡化實現(xiàn)。在此換向過程中，通過將一個相的頂部MOSFET和另一相的底部MOSFET導(dǎo)通，將任意兩相連接到整個DC總線。第三階段不通電（該階段的頂部和底部MOSFET均關(guān)斷）。

速度測量

使用三個霍爾傳感器中的一個來捕獲Timer0滴答，該滴答代表用于閉環(huán)計算的實際霍爾周期。

軟件實施

在軟件的實施過程中，將執(zhí)行以下操作：初始化初始化硬件模塊以實現(xiàn)以下功能。

從內(nèi)部振蕩器切換到外部振蕩器以進行系統(tǒng)操作

在ADC，比較器和UART的相應(yīng)引腳上啟用備用功能，并驅(qū)動LED

配置Timer0在連續(xù)模式下運行以捕獲霍爾周期時序

配置比較器以在產(chǎn)生過電流時關(guān)閉PWM模塊

使能運算放大器以測量流到電動機的DC總線電流

配置ADC以讀取模擬值，例如DC總線電壓，電流，溫度和加速電位計（一次僅一個通道）

將PWM模塊配置為具有20 kHz開關(guān)頻率的單獨操作模式，根據(jù)PWMOUT寄存器中的值控制輸出，并在上電復(fù)位和任何復(fù)位時將PWMOUT默認驅(qū)動為低斷開狀態(tài)。

打斷

端口D中斷控制換向。霍爾傳感器輸出在引腳PD3：5上讀取，軟件執(zhí)行其濾波操作，并確定MOSFET的開關(guān)順序。PWM定時器中斷用于計時周期性發(fā)生的任務(wù)，并用于后臺循環(huán)從不同通道讀取模擬值并對這些值求平均，更新LED指示燈狀態(tài)，并更新UART上的讀取參數(shù)。

編輯：hfy