電動摩托車無傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計

電動摩托車無傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)的驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，噪音大，而無刷直流電動機是一種用電子換相裝置代替機械換相裝置的新型直流電動機，沒有激磁損耗，熱阻較小，散熱容易，具有效率高、過載能力強、無換向火花等優(yōu)點，是高速電機的一個重要發(fā)展方向。本文介紹一種以st7fmc1k2為核心的無傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)。

通常無刷直流電機采用電子或機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行特性不好，有的對環(huán)境條件如震動，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，無位置傳感器無刷直流電機成為理想的選擇并具有廣泛的發(fā)展前景。采用無傳感器無刷直流電機的電動摩托車作為綠色環(huán)保交通工具具有操作簡單、騎乘舒適、維護方便、污染小和噪聲低等優(yōu)

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

電動摩托車的控制器結(jié)構(gòu)與工作原理

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

原主控制芯片st7fmc1k2作為控制核心，向驅(qū)動電路傳遞pwm信號以驅(qū)動電機;通過i/o口向面板顯示電路傳遞時鐘信號、復(fù)位信號和數(shù)據(jù)信號。單片機從驅(qū)動電路部分獲取反電動勢檢測信號并進行處理以及時對電機換相;同時從驅(qū)動電路獲取電流采樣信號，以進行過流保護;從電池電量檢測電路獲取電壓信號以進行欠壓保護。轉(zhuǎn)把信號用于改變電壓以改變pwm的占空比來對電機進行調(diào)速，剎車信號用于緊急情況時及時停止電機的運行。st7fmc1k2芯片的介紹［1］目前市場上有很多無刷電機專用控制芯片，大部分廠商采用motorola的mc33035控制，它具有無刷電機控制系統(tǒng)所需要的基本功能。本設(shè)計綜合考慮性價比等因素采用意法公司的st7fmc1k2作為主控芯片，可以實現(xiàn)全部功能并能夠滿足所需求的控制精度。具體特點有：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功能的定時器，它的最大特點是內(nèi)置了增強型的專用mtc，見圖2，含有一個pwm管理單元，可通過軟件設(shè)置不同的pwm方式，內(nèi)置的運算放大器和比較器可以對電機繞組電流采樣信號進行放大，實現(xiàn)兩種不同的驅(qū)動模式：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象，通過單片機內(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)縮短開發(fā)周期。

無刷直流電機控制部分硬件設(shè)計

無刷直流電機控制部分是整個控制器的核心，其設(shè)計的好壞將影響整個系統(tǒng)，本設(shè)計的主要電路圖如圖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的電樞端電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速。逆變電路和驅(qū)動電路是主控芯片與被控電機之間的紐帶，其傳輸性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量。mosfet具有開關(guān)速度快、高頻特性好、輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)寬和跨導(dǎo)線性度高等顯著特點，本控制系統(tǒng)采用三組獨立控制信號驅(qū)動的mosfet組成的全橋逆變器變換電路。驅(qū)動芯片采用八腳的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。采用過零點檢測法檢測反電勢［3］［4］，每個過零點都超前下個換相點30°電角度