永磁无刷直流电机数字式控制器

    摘要：本文提出直接采用C504嵌入式单片机的永磁直流无刷电机数字式控制器的方案，并在电动自动车中得到了应用，取得了良好的实验效果。

    关键词：单片机  无刷电机  数字式  控制器

一、概述

永磁直流无刷电机（PM-BLDC），由于其固有的许多特点，再加上我国稀土资源丰富，被众多电机专家认为是21世纪的新型换代产品。随着半导体集成电路，电力电子器件，控制原理和稀土材料工业的发展，可以预见这种产品必然会逐步取代传统结构的交流电动机加变频调速器的模式。

目前见到的文献中，控制器一般都采用Motorola公司的MC33035，MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的PWM芯片如SG3524，TL494等。采用这些ASIC芯片，虽然能实现电机的无线调速，但还存在一些问题，如无法与计算机直接接口，许多较为复杂的控制算法无法在不增加硬件成本的情况下实现，控制器的为机界面不理想。总的讲，控制器的智能化程度不高。虽然采用通用PWM芯片来实现电机无级调速的方案成本较低，但当控制器针对不同的应用场合增加各种附加功能时，其灵活性不够，而且反而增加硬件的成本。

在电动自动车的控制器的设计中，如采用上面传统的控制方案，无论是电流环还是速度环，其控制特性都不尽为意。对速度环，突然堵转会引起功率器件的损坏，电流环时，当对速度进行测量时，又会增加额外的硬件开销。我们在电动自行车控制器中，采用嵌入式单片机C504，对PM-BLDC Motor进行速度和电流的双环控制，满足了电动车特性的要求。

二、PM-BLDC数字控制器方案

PM-BLDC数字式控制器的框图如图1所示。

其中的核心部件是Infineon的嵌入式单片机C504。选择C504的理由是：在C504内部有能产生三相PWM波的CCU单元。当对CCU的SFR设置为Block Communication Mode时，CCU单元能根据三个中断的信号的相位，自动产生适合PM-BLDC Motor 1200导通模式的6相PWM斩波信号而无需增加软件开锁。这时要求把三个相差1200电角度的HALL与C504的INT0，INT1，INT2直接连接。

另外，C504具有高抗干扰性，能在恶劣的电磁环境下正常工作。C504易开发，与国内普遍使用的MCS-51系列单片机完全兼容和可接受的价格[1]。

从该控制器原理图可以看出，PM-BLDC的速度可以直接用数字进行预置或通过软件进行控制，实现不同的控制算法以满足各种应用要求。

结语

本数字式控制器对PM-BLDC的控制电动自动车上取得了满意的效果。

在电动自动车控制器的设计中，有一个缓启动的问题保有数字方法才能实现。当用户启动时，一般把油门信号开到最大，这对电机和控制的寿命极为不利。在我们的采用C504的控制器中，很好地解决了这一问题，而且实现平稳启动。

可以看出，只要MCU具有现场可编程的功能（ISP Function)，可以在应用现场只改变软件而无须重新调整硬件就能实现各种控制方案，这为现场调试提供了极大的方便性。

目前，我们用这种方案实现了一套张力控制系统，采用了Infineon提供的C504 MCU，大功率MOSFET(CoolMOS)，高压IGBT和SFH系列高速光耦，取代了传统的感应电机，变频调速器及张力控制器，具有一定的先进性和价格优势，有推广应用的前景。