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基于三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器

發(fā)布時間:2021-10-28 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本文主要介紹了用作三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器。該微控制器具有使用多電機(jī)開發(fā)套件的片上集成應(yīng)用程序陣列,該套件可提供快速而精確的故障控制,以及高系統(tǒng)效率和易于定制的應(yīng)用程序固件開發(fā)。


本文主要介紹了用作三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器。該微控制器具有使用多電機(jī)開發(fā)套件的片上集成應(yīng)用程序陣列,該套件可提供快速而精確的故障控制,以及高系統(tǒng)效率和易于定制的應(yīng)用程序固件開發(fā)。


基于三相霍爾傳感器無刷直流驅(qū)動器的Z16FMC微控制器

圖1三相霍爾傳感器BLDC電機(jī)控制器的外觀概述。


硬體設(shè)計


該設(shè)計涉及以閉環(huán)或開環(huán)方式運(yùn)行BLDC電動機(jī),其速度由電位計設(shè)置。如架構(gòu)圖所示,該設(shè)計通過Z16FMC微控制器PWM模塊生成PWM電壓,以運(yùn)行BLDC電機(jī)。顯示器運(yùn)行時,三個霍爾傳感器的狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化。根據(jù)傳感器的狀態(tài)(換向)切換三相的電壓?;魻杺鞲衅髅?0度中斷一次捕獲計時器刻度,以測量電動機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。在電流過載,欠壓或過壓以及溫度過高的情況下,可以使用其他外圍功能來保護(hù)系統(tǒng)。以下各節(jié)介紹了硬件。


三相橋式MOSFET


三相橋式MOSFET由六個以橋式連接的MOSFET組成,用于驅(qū)動BLDC電機(jī)的三相。直流母線保持在24 V,這與BLDC電機(jī)的額定電壓相同。每個高端和低端MOSFET相對都使用單獨(dú)的Hi-Lo柵極驅(qū)動器,從而使硬件設(shè)計更簡單,更可靠。自舉電容器充電會驅(qū)動高端MOSFET。使用分壓器將其降低至合適的值可監(jiān)控直流母線電壓,在直流回路中并聯(lián)一個分流器可監(jiān)控直流母線電流。NTC型溫度傳感器提供與溫度成正比的模擬電壓輸出。


PWM模塊


Z16FMC微控制器包含一個在此應(yīng)用中配置為以互補(bǔ)模式運(yùn)行的6通道,12位PWM模塊。開關(guān)頻率設(shè)置為20 kHz。PWM輸出根據(jù)霍爾傳感器的輸入進(jìn)行控制?;魻杺鞲衅鞯妮斎氪_定了三相橋式MOSFET的開關(guān)順序。PWM的占空比與加速器電位計輸入成正比。占空比的變化控制通過電動機(jī)繞組的電流,從而控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。


換向邏輯


霍爾傳感器連接到Z16FMC微控制器上的端口PD3,PD4和PD5。當(dāng)任何引腳上的輸入狀態(tài)更改時,都會產(chǎn)生一個中斷。中斷服務(wù)程序檢查所有三個引腳的狀態(tài),并相應(yīng)地切換電動機(jī)三相的電壓。梯形換向用于該應(yīng)用,以簡化實(shí)現(xiàn)。在此換向過程中,通過將一個相的頂部MOSFET和另一相的底部MOSFET導(dǎo)通,將任意兩相連接到整個DC總線。第三階段不通電(該階段的頂部和底部MOSFET均關(guān)斷)。


速度測量


使用三個霍爾傳感器中的一個來捕獲Timer0滴答,該滴答代表用于閉環(huán)計算的實(shí)際霍爾周期。


軟件實(shí)施


在軟件的實(shí)施過程中,將執(zhí)行以下操作:初始化初始化硬件模塊以實(shí)現(xiàn)以下功能。


從內(nèi)部振蕩器切換到外部振蕩器以進(jìn)行系統(tǒng)操作


在ADC,比較器和UART的相應(yīng)引腳上啟用備用功能,并驅(qū)動LED


配置Timer0在連續(xù)模式下運(yùn)行以捕獲霍爾周期時序


配置比較器以在產(chǎn)生過電流時關(guān)閉PWM模塊


使能運(yùn)算放大器以測量流到電動機(jī)的DC總線電流


配置ADC以讀取模擬值,例如DC總線電壓,電流,溫度和加速電位計(一次僅一個通道)


將PWM模塊配置為具有20 kHz開關(guān)頻率的單獨(dú)操作模式,根據(jù)PWMOUT寄存器中的值控制輸出,并在上電復(fù)位和任何復(fù)位時將PWMOUT默認(rèn)驅(qū)動為低斷開狀態(tài)。


打斷


端口D中斷控制換向。霍爾傳感器輸出在引腳PD3:5上讀取,軟件執(zhí)行其濾波操作,并確定MOSFET的開關(guān)順序。PWM定時器中斷用于計時周期性發(fā)生的任務(wù),并用于后臺循環(huán)從不同通道讀取模擬值并對這些值求平均,更新LED指示燈狀態(tài),并更新UART上的讀取參數(shù)。

(來源:中電網(wǎng))


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