直流電機控制器可采用電機控制專(zhuān)用DSP(如TI 公司的TMS320C24X 系列、 AD 公司的ADMCxx 系列),也可采用單片機+直流電機控制專(zhuān)用集成電路的方 案(如摩托羅拉公司的第二代無(wú)刷直流電機控制專(zhuān)用集成電路MC33035) 。 前 者 集成度高，電路設計簡(jiǎn)單，運算速度快，可實(shí)現復雜的速度控制算法，但由于DSP 的價(jià)格高而不適合于小功率低成本的直流電機控制器。后者雖然運算速度低，但 只要采用適當的速度控制算法，依然可以達到較高的控制精度，適合于小功率低成 本的直流電機控制器。 本節以TMS320F2812 為例，說(shuō)明無(wú)刷直流電機控制器的組成及設計原理。

TMS320F2812 是 TI 公司開(kāi)發(fā)的具有強大的控制和信號處理能力的32位定 點(diǎn) DSP 芯片。它可提供150 MIPS 的計算性能，有8J帶有流水線(xiàn)存儲訪(fǎng)問(wèn)的流 水線(xiàn)保護機制以及采用提高處理速度的流水線(xiàn)技術(shù)。該器件有片內SRAM 和 RAM 存儲器，3個(gè)d立的32位CPU 定時(shí)器，2路SCI 接口，1路SPI 接口，56個(gè)d 立的編程的GPIO 引腳。它整合了事件管理器、Flash 存儲器、A/D 轉換模塊、 CAN 模塊、正交編碼電路以及多通道緩沖串口等外設。事件管理器是實(shí)現數字電 機控制的重要的模塊，可對電機實(shí)行多功能控制。每個(gè)事件管理模塊包括定時(shí)器、 比較器、捕捉單元、PWM 邏輯電路等。事件管理器 EVA 、EVB各有2個(gè)定時(shí)器， 定時(shí)器有產(chǎn)生PWM 波形，編程內部或外部的輸入時(shí)鐘和為比較器、PWM 電路提 供基準時(shí)鐘的作用。EVA,EVB 各有3個(gè)比較單元，它們主要控制DSP 的 PWM 輸出的占空比。PWM 電路可以輸出12路PWM 。事件管理器共有3個(gè)捕獲單 元，它們用來(lái)確定電機轉子的轉速。每個(gè)事件管理器都有一個(gè)正交編碼脈沖電路， 可以用它們算出電機轉子的速度和方向信息。

TMS320F2812 采 用C/C++ 編程，它的C 編譯器功能齊全，可以利用該編譯 器將標準的ANSI C/C++程序轉換成DSP 的匯編代碼。對于要求高時(shí)和高精度 的系統，使用一些函數庫實(shí)現準確的浮點(diǎn)運算，這樣比直接采用ANSIC 編寫(xiě)程序 速度上有明顯的提高，可獲得更好精度。

系統的硬件框圖如圖3-3-2所示，可以看出基本上包括一個(gè)以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板，一塊配套的功率驅動(dòng)板和一臺無(wú)刷直流電機。實(shí)現的 主要功能是控制指令的接收和執行，速度信號的接收和計算處理，電流采樣信號接 收和轉換，速度閉環(huán)和電流閉環(huán)控制算法的執行等。

對電機的控制主要使用F2812 片上的兩個(gè)電機控制專(zhuān)用外設—EVA 和 EVB 。利用通用定時(shí)器 T1 配 合PWM 發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生驅動(dòng)功率器件所需的六路 PWM 信號，通過(guò)GPIO 接口將三路電機霍爾傳感器信號輸入捕獲單元，從而獲取三個(gè)轉子的位置，進(jìn)而控制電機的換相和進(jìn)行電機轉速的計算。兩個(gè)12位AD 模 塊對相電流信號Iphase 和輸人的速度調節電壓信號Vref進(jìn)行轉換和存儲，分別作 為電流環(huán)的反饋信號和速度環(huán)的參考信號。通過(guò)片上的通用輸入輸出接口 (GPIO), 實(shí)現與功率驅動(dòng)部分的連接，輸出起動(dòng)停止信號、正反轉信號、緊急制動(dòng) 信號等，同時(shí)接收輸入的保護信號、故障信號等。通過(guò)片上的SCI 模塊實(shí)現與計算 機的通信 ， 接收上位機的控制指令 。

控制部分硬件結構如圖3-3-3所示。

功率驅動(dòng)部分的硬件電路，主要由前置驅動(dòng)芯片和六個(gè)功率MOSEFET 管組成，實(shí)現對控制部分傳送過(guò)來(lái)的換相信息的處理和 PWM 信號的隔離放大，控制功 率 MOSFET 管的導通和關(guān)斷，以此來(lái)控制電機的工作狀態(tài)和速度。除此之外，還 有電源電路 ， 電流檢測電路 ， 過(guò)流保護和緊急制動(dòng)電路等輔助電路 ， 以及與電機和 控 制 板 的 接 口 電 路 。

前置驅動(dòng)芯片采用的是IR 公司的MOSFET 驅動(dòng)芯片 IR2131,具有集成度 高、可靠性好、速度快、過(guò)流欠壓保護、調試方便等特點(diǎn)。 IR2131 內 部 設 計 有 過(guò) 流 、 過(guò)壓及欠壓保護。

功率驅動(dòng)電路采用24V 供電，驅動(dòng)電路與電機的連接采用三相全橋方式，電 機工作在三相六狀態(tài)模式下。以任 一 時(shí)刻電機只有兩相導通的方式來(lái)控制換流元 件 。PWM 調制的方式是軟斬波方式，即導通時(shí)下橋臂功率管始終保持開(kāi)狀態(tài)，上 橋臂功率管的開(kāi)關(guān)由PWM 信號決定。功率開(kāi)關(guān)管采用HITACHI 公司的集成功 率開(kāi)關(guān)器件6AM15,其內部集成3個(gè)N 型MOSFET 管和P 型 MOSFET 管，構成 三相全橋功率開(kāi)關(guān)電路。與采用六個(gè)分立MOSFET 管相比，有利于提高集成度， 減少電路板面積，增加可靠性。每個(gè)MOSFET管自帶超快恢復二極管，在MOSFET 管關(guān)閉期間起反向續流作用。

功率驅動(dòng)部分電路框圖如圖3 - 3 - 4所示。

在此控制方案中，霍爾傳感器的信號加到TMS320F2812 的 捕 獲 單 元 端 。 將 捕 獲 端 設 置 為I/O 口，然后采集捕獲單元的電位情況。根據捕獲單元的電位情況 可以判斷電機處于那個(gè)區間。根據兩次捕獲的時(shí)間可以計算出電機運行速度。