基于DSP電動汽車無刷直流電機相位測試

3 檢測信號的DSP接口
霍爾傳感器主要用于轉子位置檢測和速度估算，合理設計轉子位置傳感器與DSP的接口，并考慮位置信號處理方法，可以正確地獲得轉子位置信息?；魻杺鞲衅骼么琶艋魻栐z測轉子永磁磁極位置，即當轉子永磁N極接近霍爾元件時，輸出信號為高電平，而當轉子S極接近霍爾元件時，輸出信號為低電平，則轉子永磁磁極間的位置就是霍爾元件輸出的電平位上升沿或下降沿的位置。因為本文討論的是三相無刷直流電動機，所以無法采用正交編碼器接口處理轉子霍爾位置傳感器信號，需采用DSP的數(shù)字口。
3．1 事件管理器的CAP口方式
DSP控制器有兩級FIFO堆棧緩沖器，易于對兩次間隔很短的跳變捕獲。TMS320LF2407A有兩個事件管理器EVA和EVB，每個事件管理器各有3個捕獲口，該系統(tǒng)的捕獲單元為CAP1、CAP2、CAP3、CAP4、CAP5、CAP6，每個捕獲單元都有一個相應的捕獲引腳，他們的時鐘和計數(shù)方式以及捕獲上升沿或下降沿均可以進行設置。當捕獲引腳上檢測到1個霍爾位置信號脈沖時，則定時器的值被捕獲并存儲在相應的2級深度的FIFO堆棧緩沖器中以供CPU讀取，這樣就可以得到轉子位置信號。
3．2 數(shù)字I／O口輸入
將數(shù)字I／O口引腳設置成輸入功能，霍爾元件輸出的信號通過DSP芯片的數(shù)字I／O口輸入，定時讀取I／O口數(shù)據(jù)寄存器，并判斷霍爾位置信號地電平高低變化，從而確定轉子位置信息，并估計轉子轉速，達到控制無刷直流電機電機導通順序的目的。
3．3 數(shù)字I／O口中斷
數(shù)字I／O口可以設置成中斷方式。中斷方式有：邊沿中斷和電平中斷兩種，霍爾元件檢測轉子磁極位置信號，希望能知道電平高低的翻轉時刻，從而正確地確定轉子位置并估算轉子轉速。

4 轉子位置檢測模塊軟件設計
獲得轉子位置信息確定三相繞組換相時序、實現(xiàn)電機正確換相是轉子位置檢測的目的之一，轉子位置檢測模塊包括電機啟動模塊、霍爾信號中斷捕獲模塊、換相模塊。
4．1 電機啟動模塊
由無刷直流電機換相原理，知電機起動模塊和霍爾信號中斷捕獲模塊用來讀取3個霍爾信號的狀態(tài)，目的是確定逆變器的換相順序。電機在運行狀態(tài)時，讀取捕獲端口的狀態(tài)，即可方便的知道電機所處的狀態(tài)；但是電機停止時，就得通過在電機啟動模塊的軟件上實現(xiàn)先讓電機啟動來產生捕獲中斷。在軟件設計，設置T1寄存器來起動定時器，設置CAP1、CAP2、CAP3引腳為T0功能，查詢霍爾輸入信號得到電機轉子的位置就確定了功率管的導通狀態(tài)。當電機轉動一定的角度時，霍爾信號相應的發(fā)生改變，通過恢復捕獲口CAP1、CAP2、CAP3為捕獲功能引發(fā)一個捕獲中斷，在中斷程序中又會根據(jù)當前霍爾信號的狀態(tài)改變PWM引腳的狀態(tài)，使電機持續(xù)旋轉起來，實現(xiàn)電機的起動。其流程圖為圖4。

4．2 霍爾信號中斷模塊
霍爾傳感器位置信號隨著電機轉子的轉動而發(fā)生改變，控制器的捕獲單元在霍爾信號輸入引腳上捕獲到跳變沿信號，相應的中斷標志CAPXX1-NT被置位，該中斷向量的偏移地址被寫入到對應的事件中斷向量寄存器中，同時中斷標志寄存器IMR中的INT4位由硬件置1，對應于DSP控制器的內核中斷INT4，進入到DSP內核中斷INT4的服務子程序。進入INT4服務子程序后，先將DSP控制器狀態(tài)寄存器ST0、ST1和累加器ACC壓入堆棧，保護現(xiàn)場，再將相應事件中斷向量寄存器的中斷向量偏移地址送入到累加器，然后經(jīng)分支跳轉指令轉入到捕獲中斷服務子程序的入口上，進入捕獲中斷服務子程序后，記下每兩次CAP中斷的時間間隔△T。
通過設置CAP1、CAP2、CAP3為IO功能查詢捕獲單元位置信號的輸入引腳獲得轉子位置信號，根據(jù)此信號值查表計算換相程序偏移向量，調用相應的換相PWM子程序，從而通過改變PWM方式控制器ACTRA的值來控制PWM輸出信號的改變，實現(xiàn)電動機的換相，然后恢復CAP1、CAP2、CAP3的捕捉功能，并將計數(shù)器清零，最后CPU將狀態(tài)寄存器ST0，ST1及累加器ACC彈出堆棧，并推出INT4內核中斷，結束捕獲中斷服務子程序(圖5)。

4．3 邏輯換相模塊
根據(jù)三相霍爾信號，以及無刷直流電機速度控制模塊輸出的PWM信號，邏輯換相模塊輸出6個電機換相及速度控制脈沖。有三相霍爾位置信號(H0、H1、H2)和由控制器模塊輸出的PWM信號這四個信號。定義Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6為六個輸出信號，控制三相逆變器功率管的通斷，Q1、Q3、Q5用于控制上側功率管的通斷，Q2、Q4、Q6用于控制下側功率管的通斷，邏輯關系為：

通過讀取霍爾位置中斷捕捉模塊中的霍爾信號獲取電機轉子位置信號，確定逆變器功率管的開關狀態(tài)。霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)過控制電路的邏輯處理，才能實現(xiàn)無刷直流電動機電樞繞組正確換相。對該系統(tǒng)軟件正確編制決定了無刷直流電動機繞組電流的正確換相。電機繞組電流的換相時刻是由轉子磁極位置確定的，位置傳感器編碼結果與功率變換器的開關管導通順序一一對應。

5 結束語
文中介紹了電動汽車的一種新型驅動無刷直流電動機，重點介紹霍爾傳感器作為位置傳感器在無刷直流電機中的應用原理和相位測試方法，輸入的轉子霍爾位置信號和反饋電流信號對電機進行換相，實現(xiàn)PWM脈寬調制，達到對電機進行速度控制的目的。無刷直流電動機在啟動時需要位置信號；位置信號還可以用于產生速度控制量；為了保證得到恒定的最大轉矩，就必須不斷地對三相無刷直流電動機進行換相，因此對于相位的測試具有重要的意義。