專題7-直流無刷電機(jī)控制課件

專題7直流無刷電機(jī)控制專題7直流無刷電機(jī)控制1直流有刷電機(jī)工作原理磁場：圖中N和S是一對(duì)靜止的磁極，用以產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圓周為正弦分布。勵(lì)磁繞組——容量較小的電機(jī)是用永久磁鐵做磁極的。容量較大的電機(jī)的磁場是由直流電流通過繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來形成N極和S極的繞組稱為勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流If。電樞繞組：在N極和S極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心，其上緊繞著一個(gè)線圈稱為電樞繞組(圖中只畫出一匝線圈)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流Ia。換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片——換向片上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動(dòng)的炭質(zhì)電刷。電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。直流有刷電機(jī)工作原理磁場：圖中N和S是一對(duì)靜止的磁極，用以產(chǎn)2有刷電機(jī)勵(lì)磁

有刷電機(jī)定子有兩個(gè)磁極，小電機(jī)直接使用永磁體做勵(lì)磁磁場，大功率電機(jī)用勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的電磁鐵。有刷電機(jī)勵(lì)磁

有刷電機(jī)定子有兩個(gè)磁極，小電機(jī)直接使用永磁體3直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)使用三極管或者M(jìn)OS管搭建的H橋驅(qū)動(dòng)電路，可以實(shí)現(xiàn)有刷電機(jī)速度和方向控制。直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)使用三極管或者M(jìn)OS管搭建的H橋驅(qū)動(dòng)電路4直流無刷電機(jī)

無刷電機(jī)顧名思義就是沒有電刷，有刷電機(jī)是因?yàn)榫€圈（轉(zhuǎn)子）是轉(zhuǎn)的才被迫用刷子和換向器，來保證線圈通電和不停換向。而無刷電機(jī)線圈（定子）部分是不轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)的是由磁鐵部分組成的轉(zhuǎn)子，所以就無需電刷了。直流無刷電機(jī)

無刷電機(jī)顧名思義就是沒有電刷，有刷電機(jī)是因?yàn)?直流無刷電機(jī)直流無刷電機(jī)6無刷電機(jī)和有刷電機(jī)比較無刷電機(jī)和有刷電機(jī)比較7無刷電機(jī)和有刷電機(jī)比較無刷電機(jī)和有刷電機(jī)比較8無刷電機(jī)一般驅(qū)動(dòng)電路無刷電機(jī)一般驅(qū)動(dòng)電路9BLDC與PMSMBLDC：無刷直流電機(jī)（BrushlessDirectCurrent）PMSM：永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent-MagnetSynchronousMotor）二者結(jié)構(gòu)上直接觀察無明顯區(qū)別，想要區(qū)分，看感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，PMSM感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為正弦波，BLDC感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波；從控制上由明顯區(qū)別。造成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的不同的的原因是磁鋼磁場的分布和線圈纏繞的方式不同BLDC與PMSMBLDC：無刷直流電機(jī)（Brushless10BLDC與PMSMBLDC是有刷直流機(jī)原理，只是反過來讓磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，用電力電子元件取代換向器，開關(guān)頻率低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。永磁同步是同步發(fā)電機(jī)的原理，開關(guān)頻率高，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。PMSM與BLDC相對(duì)最大的好處就是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，也就是說電機(jī)輸出的力量基本沒有什么波動(dòng)，始終保持在一個(gè)力量。PMSM是高端電機(jī)的首選，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比BLDC高。BLDC電機(jī)PMSM電機(jī)固定定子線圈和活動(dòng)轉(zhuǎn)子永磁體固定定子線圈和活動(dòng)轉(zhuǎn)子永磁體電源電壓呈梯形電源電壓呈正弦形式反電動(dòng)式呈梯形反電動(dòng)式呈正弦形式每過60度，定子磁鏈位置會(huì)換向定子磁鏈位置連續(xù)變化鐵損較高鐵損較低控制算法相對(duì)簡單控制算法復(fù)雜BLDC與PMSMBLDC是有刷直流機(jī)原理，只是反過來讓磁鋼11BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)BLDC電機(jī)工作的基本原理通電導(dǎo)體產(chǎn)生磁場，特別的，通電線圈的磁場和磁體類似磁體異性相吸、同性相斥，通電線圈和永磁體之間同樣存在這樣的現(xiàn)象BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)BLDC電機(jī)工作的基本原理12BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)利用了通電線圈和永磁體的相互作用原理，BLDC內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)物圖見圖BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)利用了通電線圈和永磁體13BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)物圖，我們可以畫出無刷直流電機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)，見圖BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)物圖，我們可以畫出無刷直流電14BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)為簡化分析，可以做成直流無刷電機(jī)的簡化邏輯結(jié)構(gòu)，見圖BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)為簡化分析，可以做成直流無刷電機(jī)的15BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)這樣，通電的線圈會(huì)產(chǎn)生各自的磁場，他們的合成磁場滿足矢量合成的原則，見圖BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)這樣，通電的線圈會(huì)產(chǎn)生各自的磁場，16BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)直流無刷電機(jī)的6拍工作方式，線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，見圖BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)直流無刷電機(jī)的6拍工作方式，線圈產(chǎn)17BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)通過上面的演示過程，我們可以明顯看出，想要控制BLDC旋轉(zhuǎn)，根本的問題就是產(chǎn)生這6拍工作方式的電壓信號(hào)（稱為BLDC的六步控制）。舉個(gè)例子來說明，假定一個(gè)BLDC的額定電壓為24V，電機(jī)三根線就定義為A、B、C：（1）為A接24V、B懸空、C接GND，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的①，電機(jī)轉(zhuǎn)軸被固定在一個(gè)位置；（2）在（1）的基礎(chǔ)上，我們修改接線方式，為A接24V、B接GND、C懸空，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的②，電機(jī)轉(zhuǎn)軸就在（1）基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到另外一個(gè)位置；（3）在（2）的基礎(chǔ)上，我們修改接線方式，為A懸空、B接GND、C接24V，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的③，電機(jī)轉(zhuǎn)軸就在（2）基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到另外一個(gè)位置；（4）在（3）的基礎(chǔ)上，我們修改接線方式，為A接GND、B懸空、C接24V，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的④，電機(jī)轉(zhuǎn)軸就在（3）基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到另外一個(gè)位置；（5）在（4）的基礎(chǔ)上，我們修改接線方式，為A接GND、B接24V、C懸空，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的⑤，電機(jī)轉(zhuǎn)軸就在（4）基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到另外一個(gè)位置；（6）在（5）的基礎(chǔ)上，我們修改接線方式，為A懸空、B接24V、C接GND，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖中的⑥，電機(jī)轉(zhuǎn)軸就在（6）基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到另外一個(gè)位置。（7）然后又是以（1）方式給電，如此循環(huán)，電機(jī)就可以轉(zhuǎn)動(dòng)起來。BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)通過上面的演示過程，我們可以明顯看18BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)BLDC驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)有了上面的原理分析，現(xiàn)在想讓BLDC旋轉(zhuǎn)起來的一個(gè)問題就是如何任意的控制A、B、C線的電壓，參考之前的直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，就會(huì)馬上想到可以用三個(gè)半橋（6個(gè)橋臂：3個(gè)上橋臂+3個(gè)下橋臂）構(gòu)成的一個(gè)三相逆變器，這里的每個(gè)橋臂都有一個(gè)電子開關(guān)，電子開關(guān)可以選擇是功率MOSFET或者IGBT，IGBT用于超大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)。最終搭建起來的電路見圖：BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)BLDC驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)19BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)我們可以讓STM32控制A+、A-、B+、B-、C+以及C-這六個(gè)MOS管的通斷情況就可以讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)然，STM32引腳直接接入到MOS管引腳控制是不行的，因?yàn)橐筂OS管導(dǎo)通需要一定的條件，直接使用STM32引腳電平是達(dá)不到這個(gè)條件的，一般MOS管控制是需要專用的驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)的，使用專用的MOS管驅(qū)動(dòng)IC來實(shí)現(xiàn)。BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)我們可以讓STM32控制A+、A-20BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)上面是解決了繞組電壓控制，還有一個(gè)問題就是究竟什么時(shí)候要給哪個(gè)繞組正電壓、給哪個(gè)繞組負(fù)電壓以及哪個(gè)繞組懸空，就是具體當(dāng)前時(shí)刻要選擇圖中“哪一步”？所以，BLDC驅(qū)動(dòng)還需要一個(gè)非常重要的參數(shù)，只有知道了這個(gè)參數(shù)信息我們才有可能正常的控制BLDC旋轉(zhuǎn)，這個(gè)重要參數(shù)就是轉(zhuǎn)子的位置信息，只有知道了當(dāng)前轉(zhuǎn)子所處位置，我們才能很好的控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，如果毫無目的根據(jù)圖中順序?yàn)槔@組給電，最終只能看到電機(jī)亂轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的位置信息一般可以為2種方法取得，一種是有霍爾傳感器模式，另外一種是無傳感器模式。BLDC工作原理及硬件設(shè)計(jì)上面是解決了繞組電壓控制，還有一個(gè)21霍爾傳感器模式霍爾效應(yīng)原理：磁場會(huì)對(duì)位于其中的帶電導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電荷載流子施加一個(gè)垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的力，該力會(huì)使得正負(fù)電荷分別積聚到導(dǎo)體的兩側(cè)。這在薄而平的導(dǎo)體中尤為明顯。電荷在導(dǎo)體兩側(cè)的積累會(huì)平衡磁場的影響，在導(dǎo)體兩側(cè)建立穩(wěn)定的電勢(shì)差。產(chǎn)生這一電勢(shì)差的過程就叫做霍爾效應(yīng)，由E.H.Hall在1879年發(fā)現(xiàn)?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，它可以有效的反映通過霍爾原件的磁密度，見圖霍爾傳感器模式霍爾效應(yīng)原理：磁場會(huì)對(duì)位于其中的帶電導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)22霍爾傳感器模式霍爾效應(yīng)原理：磁場會(huì)對(duì)位于其中的帶電導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電荷載流子施加一個(gè)垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的力，該力會(huì)使得正負(fù)電荷分別積聚到導(dǎo)體的兩側(cè)。這在薄而平的導(dǎo)體中尤為明顯。電荷在導(dǎo)體兩側(cè)的積累會(huì)平衡磁場的影響，在導(dǎo)體兩側(cè)建立穩(wěn)定的電勢(shì)差。產(chǎn)生這一電勢(shì)差的過程就叫做霍爾效應(yīng)，由E.H.Hall在1879年發(fā)現(xiàn)?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，它可以有效的反映通過霍爾原件的磁密度，見圖霍爾傳感器模式霍爾效應(yīng)原理：磁場會(huì)對(duì)位于其中的帶電導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)23霍爾傳感器模式有霍爾傳感器的BLDC電機(jī)其霍爾傳感器安裝示意圖見圖霍爾傳感器模式有霍爾傳感器的BLDC電機(jī)其霍爾傳感器安裝示意24霍爾傳感器模式有霍爾傳感器的BLDC電機(jī)其霍爾傳感器安裝示意圖見圖注：機(jī)械角度是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度,由Θm表示；電角度是指磁場的旋轉(zhuǎn)角度，由Θe表示。當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)極時(shí)，Θm=Θe；當(dāng)轉(zhuǎn)子為n對(duì)極時(shí)，n*Θm=Θe?；魻杺鞲衅髂Ｊ接谢魻杺鞲衅鞯腂LDC電機(jī)其霍爾傳感器安裝示意25霍爾傳感器模式當(dāng)霍爾在和電機(jī)的轉(zhuǎn)子做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)隨著轉(zhuǎn)子下磁密度的變化，產(chǎn)生變化的信號(hào)，見圖霍爾傳感器模式當(dāng)霍爾在和電機(jī)的轉(zhuǎn)子做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)隨著轉(zhuǎn)子下26霍爾傳感器模式電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，3個(gè)霍爾的輸出會(huì)按照6步的規(guī)律變化，見圖霍爾傳感器模式電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，3個(gè)霍爾的輸出會(huì)按照6步27霍爾傳感器模式結(jié)合之前介紹的BLDC六步控制，在每個(gè)霍爾信號(hào)都對(duì)應(yīng)一個(gè)BLDC控制步，使得BLDC旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這樣可以制作下表：特別注意，一般BLDC廠家都會(huì)給出一個(gè)霍爾傳感器和繞組得電情況對(duì)應(yīng)關(guān)系表，不一定跟上面兩個(gè)表都完全對(duì)應(yīng)一致，但是原理分析都是一致的?；魻杺鞲衅髂Ｊ浇Y(jié)合之前介紹的BLDC六步控制，在每個(gè)霍爾信號(hào)28霍爾傳感器模式上面兩個(gè)表的對(duì)應(yīng)意思就是：當(dāng)檢測到霍爾傳感器信號(hào)為某個(gè)值時(shí)，控制六個(gè)橋臂對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。例如，我們想讓電機(jī)正轉(zhuǎn)，就用表格中的對(duì)應(yīng)信息，假設(shè)STM32檢測到當(dāng)前的霍爾信號(hào)為：霍爾#1、霍爾#2、霍爾#3分別對(duì)應(yīng)為1、0、1，那么此時(shí)我們應(yīng)該讓STM32控制A-和C+橋臂導(dǎo)通，而其他橋臂都關(guān)斷，在A-和C+橋臂導(dǎo)通情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)向著一個(gè)位置旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)到達(dá)目標(biāo)位置之前，霍爾傳感器信號(hào)就會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)變?yōu)椋夯魻?1、霍爾#2、霍爾#3分別對(duì)應(yīng)為0、0、1，好了，此時(shí)我們馬上把C+橋臂關(guān)斷，而把B+橋臂，即此時(shí)A-和B+橋臂導(dǎo)通，其他橋臂關(guān)斷，電機(jī)就又向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。這樣，如此循環(huán)下去，電機(jī)就可以不停的旋轉(zhuǎn)了。此時(shí)，有些人肯定想問：如果我不管霍爾信號(hào)變化，就按中任一種其中給電，電機(jī)會(huì)怎樣的呢？電機(jī)會(huì)固定在一個(gè)位置，實(shí)際上，這種情況是很危險(xiǎn)的，我們知道，繞組都是漆包線銅絲，電阻非常小，當(dāng)總是給電時(shí)候，電路中電流就非常大，嚴(yán)重情況，燒毀電機(jī)或者電源。特別的，如果直接導(dǎo)通A+和A-這兩橋臂，或者B+和B-這兩橋臂，或者C+和C-這兩橋臂會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？結(jié)果就是電源必?zé)裏o疑，這些情況相當(dāng)于電源正負(fù)極直接短路，所以這要求我們?cè)诮泳€或者電路設(shè)計(jì)是非常小心?。?！霍爾傳感器模式上面兩個(gè)表的對(duì)應(yīng)意思就是：當(dāng)檢測到霍爾傳感器信29霍爾傳感器模式無刷電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和控制器組成的系統(tǒng)見圖霍爾傳感器模式無刷電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和控制器組成的系統(tǒng)見圖30BLDC速度控制一般情況下，我們不僅僅要讓電機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，還必須控制它的速度，類似之前講過的直流減速電機(jī)控速方法，BLDC電機(jī)控速也是用到脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM），見圖BLDC速度控制一般情況下，我們不僅僅要讓電機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，還必31BLDC速度控制我們先看霍爾傳感器信號(hào)情況為：霍爾#1、霍爾#2、霍爾#3分別對(duì)應(yīng)1、0、1情況（其他五種情況都是相同原理），我們先看前面表格（反轉(zhuǎn)情況）可以知道此時(shí)應(yīng)該是B+和C-導(dǎo)通，其他橋臂關(guān)斷，并且此時(shí)是100%導(dǎo)通B+和C-這兩個(gè)個(gè)橋臂，不用PWM控制其導(dǎo)通時(shí)間，那么此時(shí)繞組中電流非常大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度非常高。顯然這種情況不是我們?cè)趯?shí)際上應(yīng)用用常常用到的，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們總是需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在引入PWM控制后什么情況呢？PWM中一個(gè)常用到的名詞就是占空比，就是高電平時(shí)間占總周期時(shí)間的比例，這樣我們將B+和C-直接導(dǎo)通代換成高頻率（一般10幾KHz或者幾十KHz）的PWM，保證B+和C-的PWM頻率相等，并且周期起始位置相同，這樣我們可以非常方便調(diào)整占空比的大小，來控制B+和C-這兩臂的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間，加上電機(jī)繞組本身是感性負(fù)載，這樣整體加在電機(jī)繞組上的電壓就是0V到電源正電壓（24V）之間，最終實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。綜上，通過控制導(dǎo)通的兩個(gè)橋臂的PWM占空比我們可以非常方便控制轉(zhuǎn)速了BLDC速度控制我們先看霍爾傳感器信號(hào)情況為：霍爾#1、霍爾32BLDC速度控制霍爾傳感器信號(hào)情況為：霍爾#1、霍爾#2、霍爾#3分別對(duì)應(yīng)1、0、1情況為例，圖中是同時(shí)使用PWM控制B+和C-橋臂，稱之為pwm-pwm型調(diào)制方式，實(shí)際上，還是有另外幾種調(diào)制方式，比如H_on-L_pwm型、H_pwm-L_on型、pwm_on型和on_pwm型等等不同的調(diào)制方式，不同控制方式在性能上有不同的效果，當(dāng)然針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用場合可以嘗試多種調(diào)制方式，然后選擇最優(yōu)方式。BLDC速度控制霍爾傳感器信號(hào)情況為：霍爾#1、霍爾#2、霍33BLDC驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)BLDC驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)34BLDC驅(qū)動(dòng)電路首先是六個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)，我們驅(qū)動(dòng)板選擇的MOS管型號(hào)是：IRF540NS，貼片封裝，如有需要可以自己加散熱片。IRF540NS的特色參數(shù)見圖：IR的HEXFET功率場效應(yīng)管IRF540NS采用先進(jìn)的工藝技術(shù)制造，具有極低的導(dǎo)通阻抗。IRF540NS這種特性，加上快速的轉(zhuǎn)換速率，和以堅(jiān)固耐用著稱的HEXFET設(shè)計(jì)，使得IRF540NS成為極其高效可靠、應(yīng)用范圍超廣的器件。簡單來說，IRF540性能優(yōu)越。BLDC驅(qū)動(dòng)電路首先是六個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)，我們驅(qū)動(dòng)板選擇的MOS35BLDC驅(qū)動(dòng)電路然后，MOS管驅(qū)動(dòng)IC這里用到IR2110S。R2110芯片體積小(SOIC-16)，集成度高(可驅(qū)動(dòng)同一橋臂兩路)，響應(yīng)快(ton/tof=120/94ns)，偏值電壓高(<600V)，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，而且易于調(diào)試，并設(shè)有外部保護(hù)封鎖端口。尤其是上管驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，使得驅(qū)動(dòng)電源路數(shù)目較其他IC驅(qū)動(dòng)大大減小。對(duì)于BLDC驅(qū)動(dòng)需要6個(gè)橋臂，需要用到3片IR2110S來驅(qū)動(dòng)，雖然如此也是僅需要一路10~20V電源，從而大大減小了控制變壓器的體積和電源數(shù)目,降低了產(chǎn)品成本,提高了系統(tǒng)的可靠性。NMOS管的導(dǎo)通基本條件就是VGS大于一定的閾值電壓VGS(th)，IRF540的VGS(th)是4V(最大值)。我們?yōu)镮R2110S設(shè)計(jì)的電源電壓為15V，IR2110S的低端驅(qū)動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)Q6的IRF540，很容易就實(shí)現(xiàn)NMOS管驅(qū)動(dòng)條件。對(duì)于高端驅(qū)動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)Q5的IRF540，就需要“自舉電路”的支持，自舉電路通俗點(diǎn)就是升壓電路，電路中的D7二極管和C13電容用于自舉電路，簡單來說在該電路中，自舉電路的作用是使得IR2110S高端驅(qū)動(dòng)，即IR2110S的第8引腳HO輸出信號(hào)可以滿足大于VGS(th)。BLDC驅(qū)動(dòng)電路然后，MOS管驅(qū)動(dòng)IC這里用到IR2110S36BLDC驅(qū)動(dòng)電路IR2110S芯片的左邊部分是控制信號(hào)輸入，這里我們使用到東芝公司的5M高速光耦：TLP715，它起到信號(hào)隔離保護(hù)和升壓的作用。電機(jī)驅(qū)動(dòng)都是大電壓大電流，隔離保護(hù)控制器是非常有必要的。STM32的引腳電壓為3.3V，直接接IR2110S顯然不是很好的選擇，這里我們選擇把3.3V的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成15V的信號(hào)，這樣根據(jù)合適做為IR2110s的輸入。IR2110S芯片還有一個(gè)關(guān)斷引腳(SD：shutdown)，用于禁止輸出動(dòng)作，這可以用于緊急情況的保護(hù)。BLDC驅(qū)動(dòng)電路IR2110S芯片的左邊部分是控制信號(hào)輸入，37BLDC驅(qū)動(dòng)電路霍爾傳感器接口電路設(shè)計(jì)霍爾傳感器接口電路就簡單很多，這只做一些簡單的上拉和濾波處理，見圖。特別的，很多情況下上拉電阻是必須的，這個(gè)一般電機(jī)廠家有特別的說明。BLDC驅(qū)動(dòng)電路霍爾傳感器接口電路設(shè)計(jì)38電源電路設(shè)計(jì)這里用到15V和5V電源，考慮到PMSM電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，我們這里還設(shè)計(jì)了3.3V電源。15V電源使用線性穩(wěn)壓芯片LM317得到，該芯片最大輸入電壓為37V，該芯片在正常工作中發(fā)熱屬于正?，F(xiàn)象，如有需要可以自行加散熱器輔助散熱。5V電源由LM2596-5.0芯片得到，3.3V使用AMS1117-3.3得到。電路設(shè)計(jì)參考圖。BLDC驅(qū)動(dòng)電路電源電路設(shè)計(jì)BLDC驅(qū)動(dòng)電路39總線電壓和溫度傳感器我們的驅(qū)動(dòng)板上還添加了總線電壓檢測電路和環(huán)境溫度檢測電路，見圖，這些都可以起到過壓、欠壓和高溫等有效的保護(hù)作用，當(dāng)然這些都是需要程序編程支持的。BLDC驅(qū)動(dòng)電路總線電壓和溫度傳感器BLDC驅(qū)動(dòng)電路40控制和反饋信號(hào)接口設(shè)計(jì)BLDC控制比較簡單，簡單控制只需要6根控制線和3根霍爾傳感器信號(hào)，6根PWM信號(hào)控制6個(gè)橋臂，還有3根霍爾傳感器信號(hào)用于反饋轉(zhuǎn)子的位置。BLDC驅(qū)動(dòng)電路控制和反饋信號(hào)接口設(shè)計(jì)BLDC驅(qū)動(dòng)電路4157直流無刷電機(jī)(BLDC)引腳說明電機(jī)相線（電機(jī)粗線）霍爾傳感器信號(hào)線（電機(jī)細(xì)線）霍爾傳感器電源線（電機(jī)細(xì)線）UVWHuHvHwH+H-黃綠藍(lán)黃綠藍(lán)紅黑黃紅黑黃白藍(lán)紅黑100410150011011301021106100457直流無刷電機(jī)(BLDC)引腳說明電機(jī)相線霍爾傳感器信號(hào)線4257直流無刷電機(jī)(BLDC)參數(shù)額定電壓24VDC額定電流5.9A額定功率100W額定轉(zhuǎn)速2500RPM額定轉(zhuǎn)矩0.38N.M空載電流0.8A空載轉(zhuǎn)速3500RPM相電阻0.415±10%Ω相電感1.24±20%mH極數(shù)8（4對(duì)極）57直流無刷電機(jī)(BLDC)參數(shù)額定電壓24VDC額定電流543直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板與BLDC電機(jī)接線說明序號(hào)驅(qū)動(dòng)板接口功能說明電機(jī)引腳1U霍爾傳感器直流無刷電機(jī)霍爾傳感器接口黃電機(jī)細(xì)線2V綠(白)3W藍(lán)45V紅5GND黑6U電機(jī)接口直流無刷電機(jī)動(dòng)力線黃電機(jī)粗線7V綠(紅)8W藍(lán)(黑)9VCC外部電源外部24V電源供電，驅(qū)動(dòng)板允許接入電源范圍：18~36V直流電源10GND15V電壓輸出，可以為外部設(shè)備供電PMSM電機(jī)傳感器專用接口霍爾傳感器接口電機(jī)動(dòng)力線&電源注意：請(qǐng)使用帶電壓電流保護(hù)的24V電源供電，一般設(shè)置電源為24V2A輸出，空載時(shí)候，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總電流大概是200mA直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板與BLDC電機(jī)接線說明序號(hào)驅(qū)動(dòng)板接口功能說44注意：調(diào)試時(shí)候嚴(yán)禁直接使用鋰電池供電，必須使用帶保護(hù)的電源供電。注意：45注意：1.調(diào)試時(shí)候需要把開發(fā)板上的跳線帽都去掉，防止信號(hào)干擾，無刷電機(jī)例程都不需要跳線帽的2.開發(fā)板需要單獨(dú)外部供電，使用USB線或者

外部電源供電，如下圖：注意：46直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板與YS-F1Pro開發(fā)板接線說明序號(hào)模塊引腳功能說明開發(fā)板引腳2U霍爾傳感器霍爾傳感器接口PC64VPC76WPC815PU_H梯形方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)梯形方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)PA816PU_LPB1317PV_HPA918PV_LPB1419PW_HPA1020PW_LPB1522SDShutDown引腳，停機(jī)，高電平有效與GND連接或者懸空21GND電源線開發(fā)板和驅(qū)動(dòng)板至少需要連接一根GND線。5V電源這里沒有用到。GND23GND245V5V其他引腳在本工程中沒有使用到。PMSM電機(jī)傳感器專用接口引腳順序定義：左上角為1右上角為2左下角為23右下角為24直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板與YS-F1Pro開發(fā)板接線說明序號(hào)模塊引47測試方法請(qǐng)閱讀main.c文件內(nèi)容，只有理解了程序才能很好的測試程序按之前步驟接好線后，下載程序，然后直接按下KEY2鍵電機(jī)旋轉(zhuǎn)，可以按下KEY1鍵進(jìn)行功能選擇，按下KEY2鍵執(zhí)行測試方法請(qǐng)閱讀main.c文件內(nèi)容，486步PWM程序?qū)崿F(xiàn)BLDC驅(qū)動(dòng)最基本就是6步PWM，6步PWM一般使用高級(jí)控制定時(shí)器生成。我們的BLDC例程一般都是H_pwm-L_on或者H_on-L-pwm的PWM調(diào)制方式，這兩種方式可以簡化為3個(gè)PWM輸出+3個(gè)電平輸出控制實(shí)現(xiàn)，雖然如此，我們的例程還是直接使用定時(shí)器功能，輸出6個(gè)PWM控制。bsp_BLDCTIM.h文件bsp_BLDCTIM.c文件main.c文件BLDC旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)程序6步PWM程序?qū)崿F(xiàn)BLDC旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)程序49BLDC驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器接口功能：霍爾傳感器一般都是三根線，這三根線接入到定時(shí)器的三個(gè)輸入通道（必須是對(duì)應(yīng)CH1、CH2