電動(dòng)摩托車無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，噪音大，而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種用電子換相裝置代替機(jī)械換相裝置的新型直流電動(dòng)機(jī)，沒(méi)有激磁損耗，熱阻較小，散熱容易，具有效率高、過(guò)載能力強(qiáng)、無(wú)換向火花等優(yōu)點(diǎn)，是高速電機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文介紹一種以st7fmc1k2為核心的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。

 

通常無(wú)刷直流電機(jī)采用電子或機(jī)電式位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信息，然而有些傳感器的分辨率低或運(yùn)行特性不好，有的對(duì)環(huán)境條件如震動(dòng)，潮濕和溫度變化很敏感，使性能下降，系統(tǒng)可靠性和精確性降低。傳感器還大大增加了電氣連接線數(shù)目，增加干擾，增大體積和成本。因此，在小型輕載條件下，無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)成為理想的選擇并具有廣泛的發(fā)展前景。采用無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的電動(dòng)摩托車作為綠色環(huán)保交通工具具有操作簡(jiǎn)單、騎乘舒適、維護(hù)方便、污染小和噪聲低等優(yōu)

 

電動(dòng)摩托車的控制器結(jié)構(gòu)、工作原理及電機(jī)控制部分硬件設(shè)計(jì)

 

電動(dòng)摩托車的控制器結(jié)構(gòu)與工作原理

 

電動(dòng)摩托車的控制器具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、參數(shù)顯示和電池管理等基本功能。電動(dòng)摩托車通過(guò)控制器采集在各種情況下的參數(shù)，控制電機(jī)運(yùn)行，調(diào)節(jié)車速度，提高電機(jī)和電池的效率，保障騎乘者和他人的人身安全。能量管理系統(tǒng)對(duì)電池實(shí)施有效的管理，監(jiān)督和控制電池的充放電過(guò)程，使電池處于良好的工作狀態(tài)，保證電池的有效使用壽命。其總體機(jī)構(gòu)如圖1。

 

　　

原主控制芯片st7fmc1k2作為控制核心，向驅(qū)動(dòng)電路傳遞pwm信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī);通過(guò)i/o口向面板顯示電路傳遞時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。單片機(jī)從驅(qū)動(dòng)電路部分獲取反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)信號(hào)并進(jìn)行處理以及時(shí)對(duì)電機(jī)換相;同時(shí)從驅(qū)動(dòng)電路獲取電流采樣信號(hào)，以進(jìn)行過(guò)流保護(hù);從電池電量檢測(cè)電路獲取電壓信號(hào)以進(jìn)行欠壓保護(hù)。轉(zhuǎn)把信號(hào)用于改變電壓以改變pwm的占空比來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，剎車信號(hào)用于緊急情況時(shí)及時(shí)停止電機(jī)的運(yùn)行。

　　

st7fmc1k2芯片的介紹［1］

　　

目前市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，大部分廠商采用motorola的mc33035控制，它具有無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的基本功能。本設(shè)計(jì)綜合考慮性價(jià)比等因素采用意法公司的st7fmc1k2作為主控芯片，可以實(shí)現(xiàn)全部功能并能夠滿足所需求的控制精度。具體特點(diǎn)有：8k的flash和384字節(jié)的ram，配有l(wèi)vd、看門狗、高抗噪電磁兼容電路，10位多通道a/d轉(zhuǎn)換器、sci，spi、i2c、usb和帶pwm功能的定時(shí)器，它的最大特點(diǎn)是內(nèi)置了增強(qiáng)型的專用mtc，見(jiàn)圖2，含有一個(gè)pwm管理單元，可通過(guò)軟件設(shè)置不同的pwm方式，內(nèi)置的運(yùn)算放大器和比較器可以對(duì)電機(jī)繞組電流采樣信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)兩種不同的驅(qū)動(dòng)模式：電壓模式和電流模式。電流模式以定子繞組中的電流為直接控制對(duì)象，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的pwm占空比和外部rc電路改變電流設(shè)定的參考值，可以精確地跟蹤定子繞組中的電流，實(shí)現(xiàn)輸出力矩的直接控制。這樣就降低處理器成本、減少外圍器件數(shù)量、減少pcb板尺寸、優(yōu)化系統(tǒng)縮短開(kāi)發(fā)周期。

 

 

無(wú)刷直流電機(jī)控制部分硬件設(shè)計(jì)

 

　　

無(wú)刷直流電機(jī)控制部分是整個(gè)控制器的核心，其設(shè)計(jì)的好壞將影響整個(gè)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的主要電路圖如圖3所示。為了獲得可調(diào)的方波電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用pwm脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成可變大小和極性的交流電壓作為電機(jī)的電樞端電壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速。逆變電路和驅(qū)動(dòng)電路是主控芯片與被控電機(jī)之間的紐帶，其傳輸性能的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。mosfet具有開(kāi)關(guān)速度快、高頻特性好、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、無(wú)二次擊穿問(wèn)題、安全工作區(qū)寬和跨導(dǎo)線性度高等顯著特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)采用三組獨(dú)立控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的mosfet組成的全橋逆變器變換電路。驅(qū)動(dòng)芯片采用八腳的ir2103，mosfet采用stp75nf75，里面自帶有續(xù)流二極管，這樣也減小了pcb的體積。采用過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法檢測(cè)反電勢(shì)［3］［4］，每個(gè)過(guò)零點(diǎn)都超前下個(gè)換相點(diǎn)30°電角度，只要測(cè)出未道導(dǎo)通相的過(guò)零時(shí)刻再進(jìn)行30°電角度延時(shí)即可實(shí)現(xiàn)換相，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)送入mcia，mcib，mcic進(jìn)行處理以對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行換相。

 

無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)