基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機(jī)控制

作者：時(shí)間：2010-04-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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在本設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)用到的模塊包括：比較器，UDB模塊，DAC模塊等。
電機(jī)反電勢過零點(diǎn)的監(jiān)測
利用CY8C3866AXI-040的片上資源，無刷電機(jī)的過零點(diǎn)監(jiān)測無需借助任何外部芯片。監(jiān)測的原理前面闡述過，即在PWM 輸出信號(hào)為OFF時(shí)采樣非通電相電壓，將之與母線電壓的一半比較。此方案中PWM調(diào)制模式為對(duì)上側(cè)開關(guān)管進(jìn)行PWM調(diào)制，對(duì)下側(cè)橋臂采取恒通的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電機(jī)為24V，30W的低壓無刷電機(jī)。
圖6為檢測反電勢過零所配置的片內(nèi)資源框圖：

圖6 反電勢過零點(diǎn)檢測框圖
A、B、C代表三相端電壓輸入。Half Vbus 為半母線電壓。片內(nèi)的模擬信號(hào)選擇器（Analog Mux）會(huì)根據(jù)換相狀態(tài)動(dòng)態(tài)的切換所要采樣的非通電相。片內(nèi)的比較器具有時(shí)鐘同步觸發(fā)的功能。該功能使得比較器可以在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿采用輸入端信號(hào)并作比較操作。該設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘信號(hào)來自于數(shù)字模塊中的PWM模塊的輸出。這樣，比較器可以在PWM為高電平的時(shí)刻將端電壓與半母線電壓作比較。比較器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻即是反電勢過零點(diǎn)。而比較器的輸出翻轉(zhuǎn)時(shí)，可以觸發(fā)中斷，通知CPU作相應(yīng)的處理。此實(shí)現(xiàn)方法原理簡單，無需外部多路選擇器/鎖存器/比較器。
另外，片上的比較器還具有滯回比較的功能。即比較器輸出器自上而下翻轉(zhuǎn)與自上而下翻轉(zhuǎn)的電壓并不完全一致，而是有一個(gè)10mV左右的滯回電壓。此功能可以避免比較器輸出受毛刺影響而被誤觸發(fā)，特別適用于夾帶許多噪音的反電勢信號(hào)過零檢測應(yīng)用。圖7就是實(shí)驗(yàn)波形：黃色波形為一相的端電壓波形，綠色部分為比較器輸出的方波波形。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/163151.htm

圖7 反電勢過零點(diǎn)檢測實(shí)驗(yàn)波形
圖8為反電勢監(jiān)測部分的在PSoC Creator IDE中的原理圖設(shè)計(jì)。PSoC Creator 是賽普拉斯半導(dǎo)體為PSoC3 芯片打造的開發(fā)環(huán)境。 PSoC Creator 提供了原理圖開發(fā)界面，用戶可以將片上的模塊以原理圖的方式進(jìn)行互聯(lián)。

圖8 Creator中反電勢過零點(diǎn)檢測的原理圖設(shè)計(jì)
BLDC的換相狀態(tài)機(jī)
在圖1中，三相六狀態(tài)的無刷直流電機(jī)的換相過程通常由查表或者狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在通常的MCU平臺(tái)中，這部分的工作由軟件來完成。而在CY8C3866AXI-040片內(nèi)，換相邏輯切換是由硬件來來完成的。這都?xì)w功于其內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)中的UDB模塊。
UDB模塊的架構(gòu)如圖9所示：

圖9 UDB模塊的內(nèi)部架構(gòu)
一個(gè)UDB模塊由2個(gè)小型的12C4 的PLD模塊，一個(gè)時(shí)鐘和狀態(tài)控制單元，一個(gè)微型數(shù)據(jù)處理器（Datapath）組成。UDB模塊可以動(dòng)態(tài)配置成為計(jì)數(shù)器，SPI，UART，查找表，PWM發(fā)生器等數(shù)字器件。而UDB模塊相互之間可以互聯(lián)成為更為復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。CY8C3866AXI-040片上有24個(gè)UDB模塊。

圖10為無刷電機(jī)換相狀態(tài)的片內(nèi)實(shí)現(xiàn)：

圖10 Creator中換相狀態(tài)控制的原理圖設(shè)計(jì)
PWM_1 為UDB模塊配置而成的8 位PWM發(fā)生器。Sector_1 為控制寄存器，控制字包含了無刷電機(jī)六個(gè)狀態(tài)信息。LUT_1 為一個(gè)4*6的狀態(tài)表。它的輸入端為控制字和PWM輸出，輸出端為6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。狀態(tài)表中的配置如圖11所示：

圖11 LUT中換相真值表的配置
此表實(shí)現(xiàn)的功能就是根據(jù)控制字（即電機(jī)位置扇區(qū)信息），將PWM調(diào)制信號(hào)按調(diào)制模式分配到6個(gè)驅(qū)動(dòng)管腳上上。這個(gè)功能減少了CPU的開銷。特別地，如改變電機(jī)的PWM調(diào)制模式，舉個(gè)例子，將單管PWM模式改為雙管PWM模式，那么只要改變這個(gè)狀態(tài)表的配置就可以了。