跟着电力电子技能，新的永磁资料以及具有快速运算才干的DSP(数字信号处理器)的开展，直流无刷电机运用日益遍及。直流无刷电机具有和直流电机类似的优秀调速功用，又克服了直流电机选用机械式换向设备所引起的换向火花、牢靠性低一级缺陷，且具有体积小、重量轻、效率高、电机的形状和尺度灵敏等长处，因而广泛运用在伺服体系、数控机床、电动车辆和家用电器各范畴，成为现代伺服技能的主方向。
本文的首要内容是依据DSP芯片MC56F8323的直流无刷电机操控器的硬件规划。首要包含电流环、速度方位环和IPM(智能功率模块)驱动电路的硬件规划。
2 操控器体系规划
2.1 体系硬件结构规划
MC56F8323是FREESCALE(飞思卡尔)半导体公司56800E系列的一款DSP芯片，内置FLASH，在中心频率为60MHz下运算速度可到达60MIPS(Million Instruction Per Second，每秒百万条指令)。它所供给的大部分指令(包含乘法指令)均为单机器周期指令，且指令运用灵敏、便利，具有进行杂乱核算(如矢量运算)的才干;3.3V供电，兼容5V输入;最多可达27个通用I/O口，且每一个I/O口均可装备为中止输入和装备为集电极开路输出，增大驱动负载才干。
这款DSP芯片是专门面向运动操控运用的数字信号处理器，其上包含了电机操控所需求的首要功用模块，如六路PWM模块、正交编码模块、AD模数转化模块、与外界通讯的SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围接口)、SCI(Serial Communications Interface，串行通讯接口)和CAN现场总线模块。因而只需很少的体系元件就能够组成一个完好的伺服体系。其典型运用硬件电路框图如图1所示。需求特别指出的是其内部带有PWM模块，特别适用于电机操控。PWM模块有6个输出通道，从PWM0到PWM5，能够装备为3对互补的PWM信号或6个独立的PWM信号，在互补通道下答应可编程的死区时刻刺进，经过电流状况输入或软件独立的顶/底通道脉宽校正和独立的顶部、底部通道极性操控。
由DSP内置的PWM模块发生六路PWM信号直接输入IPM模块，驱动电机。在操控算法中需求电机运行时的相电流，由两个电流传感器将电流信号转化为电压信号输入DSP内置的AD模块，该AD模块有两个独立的转化器，能够保证收集到的相电流是一起的。电机的转速和方位的丈量由外置的光电编码器完结，由编码器发生的两路正交信号输入DSP内置的正交编码模块，就可由DSP核算电机的转速和方位。人机接口经过DSP内置的SCI、SPI和CAN现场总线模块完结对电机各种参数的设定，一起监督电机的运行状况。
2.2 电流环的规划
在直流无刷电机操控体系中，为了得到较好的操控功用，许多的操控算法如矢量操控等都需求知道电机定子的三相相电流。
电流环首要是完结DSP对电机相电流的检测，只需求收集两相的电流依据KCL电流定理就能够知道三相的电流了。所选用电流传感器为LEM(莱姆)公司的LTS6-NP，其为霍尔型电流传感器，选用单极供电，具有超卓的精度、杰出的线性度、低温漂和反应时刻快等特色，丈量规模灵敏，可装备为从-3A～+3A、-6A～+6A和-19.2A～+19.2A，十分适用于电机的电流检测。以终究一种装备为例，其输出电压与原边电流曲线图如图2所示。
现在许多的电路规划中选用在逆变桥的下桥臂上串接电阻分压作为传感器，将电阻上的电压信号作为采样信号。这种检测办法十分简略和廉价，可是很难做到电阻值安稳不变，采样精度不高，不能供给准确的电流值。并且反应操控电路与主电路没有阻隔，假如功率电路的高电压经过反应电路进入操控电路，将危及到操控体系的安全。并且在有些硬件条件下，如某些IPM模块不供给下桥臂发射极开路，就不能完成运用电阻器进行相电流的丈量。因而给出通用的解决方案。
电流传感器输出电压为模拟量，有必要要将模拟量转化为数字量，DSP才干运用。MC56F8323带有AD数模转化器，其内部有两个独立的转化器(许多DSP芯片是不具有的)，转化精度为12位，转化速度最快为每次一起扫描只需求5.3?s。ADC模块最大时钟频率为5MHz，每个时钟周期为200ns。第一个采样需求8.5个ADC时钟，今后每个采样需求6个ADC时钟，一起扫描采样总共需求4个采样，总共花26.5个时钟周期，需求5.3us(26.5×200ns=5.3?s)。若选用一起扫描方法，因为内部有两个独立AD转化器能够一起对两路信号进行采样，这就能够保证收集到的两路相电流是一起的，且ADC采样能够经过同步信号和PWM信号同步。
2.3 速度方位环的规划
速度方位环在电机操控中具有十分重要的效果，其检测到的准确性直接反应到对电机操控的精度。速度的丈量办法有多种，如测速发电机、感应式转速传感器、霍尔转速传感器、光电式转速传感器以及旋转变压器式转速传感器等。但现在调速体系速度和方位反应操控中运用较多的仍是增量式光电编码器，它不仅能够检测电动机转速，还能够测定电动机的转向及转子相关于定子的方位。其结构图如图3所示。
光电编码器的作业原理为：在刻度盘上均匀分布必定数量的小孔，有光透过期发生逻辑“1”信号，没有透光时发生逻辑“0”信号，这样从光敏传感器就能够发生A、B两路相位相差90度的正交信号。
MC56F8323内部带有正交编码模块(quadrature decoder)，从编码器输出的正交信号输入DSP的PHASEA脚和PHASEB脚，内部的正交编码模块将信号进行四倍频，再由方位计数器计数然后能够确认转子的速度和方位。假如PHASEA信号的相位领先于PHASEB信号，那么运动方向为正向，落后则为负向。其正交信号检测时序如图4所示。
MC56F8323正交编码模块具有如下特色：PHASEA和PHASEB的输入信号首要有必要经过一个搅扰信号滤波器，该滤波器能够数字延时，能够滤除毛刺，保证只要真实的信号才进行计数。一起关于只用单个信号的操控，均可装备为单个的脉冲计数。
关于一个高速转轴编码器，转轴速度能够经过核算每单位时刻内方位计数器的改变值来得到。关于低速电机，因为输入PHASEA和PHASEB与通用定时器相连均可作为输入捕捉引脚，能够运用定时器丈量正交相位之间的时刻周期来得到高分辨率的速度丈量。定时器模块运用一个16位的计数器，经过对总线时钟的分频来计数，40MHz的总线时钟频率最大能够得到102ms的计数周期。关于一个1000齿的编码器来说，经过运用定时器丈量速度能够准确丈量到0.15转每分。
2.4 IPM驱动电路规划
IPM(智能功率模块)驱动电路首要完结对DSP芯片发生的六路PWM信号的功率放大，驱动内部的功率管然后完成对电机的驱动。
IRAMS16UP60A PlugNDriveTM集成电源模块(IPM)是IR公司iMOTION集成规划渠道系列的产品，它除了将6个高压功率晶体管和驱动芯片IR2136等电路集成在一个小型绝缘封装外，还具有过热、过流、欠压和内置死区操控避免高端IGBT(绝缘栅双极晶体管)和底端IGBT短路等维护功用，以保证操作安全以及体系牢靠。此外，它还能够由一个+15V直流电源来供给作业电压，能够简化其在电机驱动运用中的运用，并由此加快终究产品的开发。其典型运用电路图如图5所示。
与分立元件比较，模块除了具有众所周知的长处(更小、更牢靠、可视为单一元件)外，IRAMS16UP60A模块还使规划者避免了在IGBT逆变器规划中常遇到的几个问题：
· 模块具有很低的电路电感，能够减小电压尖峰，在较低的开关损耗下能够作业于较高的开关频率;
· 一切低端和高端IGBT的传输推迟匹配，能够避免直流电流加到电机上;
· 内置死去时刻操控供给足够死区时刻避免高端IGBT和低端IGBT短路;
· 故障安全作业保证过流过压时停机，使规划者不必规划过流和过压维护电路;
· 供给了温度监督和相电流检测引脚。
3 结语
本文具体论说了选用MC56F8323 DSP为中心的直流无刷电机操控器的硬件规划，给出了电流环、速度方位环和IPM驱动电路的实践运用电路。此硬件规划已成功运用在国内某高级电脑平缝机上，功用优异，部分目标到达职业领先水平。
