1、PDF外文：http:/ 4284 字 无 位置传感器无刷直流电机的 DSP 控制系统 H Qingxin, L Hui 摘要：本文设计了一种无转子位置传感器无刷直流电机（ BLDCM）的调速控制系统。基于智能功率模块和 DSP，本系统采用反电动势 （ BEMF） 方法来实现的无刷直流电机的无位置传感器控制。 整个系统集成度高，稳定性好。实验结果表明， 该系统具有较高的性能 。 关键词：无刷直流电机， 无位置传感器控制 ，反电动势， DSP 1、引言 在过去的几十年里，随着电机控制技术，电力电子技术和微电子技术的发展，无刷直流电机已
2、经成为一种新型电机。它 最重要的特点是，由换向器和电刷构成的机械换向配置被电动换向电路取代。它解决了机械换向引起的缺点，并保持了在不同速度场使用直流电机的优点， 所以它在家电领域广泛的应用，其中直流变频空调 的 空调机采用了先进的技术 ，并且 无刷 直流 电机已经进入压缩机领域，使其 在能 源 消耗 中具有 更 高 的效益。在交通运输领域， 无刷直流 电机在电动马达和全电动船舶领域的广阔前景。 无刷直流电机的转子位置信号通常是通过位置传感器提供的。 但是位置传感器的存在使结构更加复杂，影响电机运行的依赖，增加了电机的成本。然而，在一些专业领域，不方便使用位置传感器 ， 例 如 ：
3、如果有高温，冰冻和侵蚀的材料，它定义了 无刷直流 电机的应用。在本文中，通过检测三相端电压 来检测转子位置 。这种方法 既无需 使用位置传感器， 又 降低了系统成本和电机体积，特别是提高系统的 性能 。 随着 DSP 的发展，它是 采 用高性能的数字信号处理器解决日益增长的计算命令在电动机控制系统的发展趋势。 与此同时，文中还介绍了高集成智能功率模块，它极大的提高了阻塞家用电器的水平。考虑到无刷直流电机的变速命令，本文提出了一种基于 DSP 和 IPM 的变频调速系统。它使整个控制系统的配置结构紧凑， 控制灵活，具有广泛的实用性 。 2、 系统 硬件结构
4、 2.1 主电路 图 1 是本系统的主电路图，主要包括三个部分， 有 整流 电路、 滤波 电路和 逆变电路。单相桥式整流模块作为整流电路，具有很高的可靠性和简单的配置。而逆变器电路采用 IPM（ PS21255）模块， IGBT 的驱动电路和保护电路都集成在模块中，提高了系统的可靠性和缩短开发周期。 PS21255 是由日本三菱公司，专为家 用 电 器 和 小型 传感器 生产 的 新一代DIP-IPM 产品。基于 IPM，双列直插式封装功率模块具有成本效益 高 ，小型化，可靠性 高 和使用方便的特点。该 IPM 模块采用高速低导通电压 的 IGBT 器件，同
5、时 ，驱动电路靠近 IGBT 芯片，带来了时间延迟 短 ，高速开关，低功耗的优点。IPM 还具有特殊的电路，如高速过电流保护和出色的过温保护功能。此外，由于优化栅驱动 器 与 IGBT 的集成， 该 系统具有适当的 组成 ，没有外部驱动电路，体积小和良好的干扰消除能力。 图 1 主电路图 2.2 DSP 控制电路 该系统的控制电路是由
6、DSP 及其外围电路，反电动势的过零检测电路，速度指令和显示电路组成。 DSP 是 TI 公司新近生产的电机数字控制芯片，与前者相比，指令周期时间较短。 更集成的外围部分， 还提供了更大的芯片内部存储 和快速 模拟到数字的转换速度，因此更适合用于高速高精度的命令字段，特别是用于电机 的 控制。 图 2 是无位置传感器 BLDCM 控制系统。 220V 交流电通过 整流和 滤波得到的直流电压为 IPM 模块 的直流反相输入端的电压。 DSP 及其外围电路构成的 DSP 子系统，速度指令由电压分压器进行调整，然后转移到模数转换单元。 DSP 及其外围电路构成的 DSP 子系统，速度指令由分压器调
7、节 ，然后转移到 模拟 - 数字 转换单元。 该 DSP 串行外设接口模块用于显示系统参数。 TMS320LF2407A 可以产生六 个独立的 PWM 信号，通过光耦隔离 功能 ，作用于 IPM 的控制端子。在 IPM 输出端子， 三 相相移 120 的 PWM 波来驱动无刷直流电动机。通过改变各相输出平均电压， 实现 电机的 变频调速。由于 IPM具备过温，过电压和过电流检测和相关保护电路，当检测到任何类型的故障，它会阻 止 六个内部 IGBT， 同时发送故障信号到 DSP 功率驱动 的 中断终端，并要求中断到 DSP，那么它会立即停止输出 PWM 波。 对应于直流侧
8、的负极逆变器的三相输出端的电压被简称为端电压， 并通过反电势过零检测电路送至 DSP 三捕获端口，然后 通过检测 捕获端口 的 状态 ，以确定的 六个 IGBT 的导通时刻。 PWM 技术作为逆变器的控制方案，它可以方便地实现 不同 的电压，减少转矩脉动，扩大调速范围。 采 用 DSP 的事件管理模块可以实现对三相桥式逆变电路的 PWM 控制。事件管理器 A 上的时间有三个相关的全比较单元，包含在事件管理器中的时间每个人都可以独立设置为 PWM 模式。只有在 段 寄存器中的值是恒定的，通过改变在比较寄存器的值可以调节输出 PWM 信号的宽度，从而控制变频器的三相输出平均电压，实现无
9、刷直流电机 调速。 图 2 电机控制系统 3.设计无位置传感器 的 控制 策略 3.1 反电势换向原理 现在许多的无位置传感器控制方法已被开发为矩形波和正弦波励磁无刷直流电机，包括反电动势法，定子三次谐波电压分量的检测方法，电流导通电路监测法，涡流效应的方法和通量 的 估计方法等。本文采用反电势法。 无刷直流电机的反电势波形如图 3 所示， Ea、 Eb、 Ec 分别代表电机三相绕组反电动势， ia、 ib、 ic 分别为三相绕组的相电流。为了得到最大的转矩输出，正电流时的反电动势是在波形的上部平坦部，否则为负电流， 使电机输出转矩较大，转矩波动较小，实现电机的优化运行。 图 3 在理想状态下的反电动势 波形图
