基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機控制
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在本設(shè)計中，重點用到的模塊包括：比較器，UDB模塊，DAC模塊等。
電機反電勢過零點的監(jiān)測
利用CY8C3866AXI-040的片上資源，無刷電機的過零點監(jiān)測無需借助任何外部芯片。監(jiān)測的原理前面闡述過，即在PWM 輸出信號為OFF時采樣非通電相電壓，將之與母線電壓的一半比較。 此方案中PWM調(diào)制模式為對上側(cè)開關(guān)管進行PWM調(diào)制，對下側(cè)橋臂采取恒通的方式進行驅(qū)動。電機為24V，30W的低壓無刷電機。
圖6為檢測反電勢過零所配置的片內(nèi)資源框圖：
圖6 反電勢過零點檢測框圖
A、B、C代表三相端電壓輸入。Half Vbus 為半母線電壓。 片內(nèi)的模擬信號選擇器（Analog Mux）會根據(jù)換相狀態(tài)動態(tài)的切換所要采樣的非通電相。片內(nèi)的比較器具有時鐘同步觸發(fā)的功能。該功能使得比較器可以在時鐘信號的上升沿采用輸入端信號并作比較操作。該設(shè)計中的時鐘信號來自于數(shù)字模塊中的PWM模塊的輸出。 這樣，比較器可以在PWM為高電平的時刻將端電壓與半母線電壓作比較。比較器的翻轉(zhuǎn)時刻即是反電勢過零點。而比較器的輸出翻轉(zhuǎn)時，可以觸發(fā)中斷，通知CPU作相應的處理。 此實現(xiàn)方法原理簡單，無需外部多路選擇器/鎖存器/比較器。
另外，片上的比較器還具有滯回比較的功能。即比較器輸出器自上而下翻轉(zhuǎn)與自上而下翻轉(zhuǎn)的電壓并不完全一致，而是有一個10mV左右的滯回電壓。此功能可以避免比較器輸出受毛刺影響而被誤觸發(fā)，特別適用于夾帶許多噪音的反電勢信號過零檢測應用。 圖7就是實驗波形： 黃色波形為一相的端電壓波形，綠色部分為比較器輸出的方波波形。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/163151.htm
圖7 反電勢過零點檢測實驗波形
圖8為反電勢監(jiān)測部分的在PSoC Creator IDE中的原理圖設(shè)計。PSoC Creator 是賽普拉斯半導體為PSoC3 芯片打造的開發(fā)環(huán)境。 PSoC Creator 提供了原理圖開發(fā)界面，用戶可以將片上的模塊以原理圖的方式進行互聯(lián)。
圖8 Creator中反電勢過零點檢測的原理圖設(shè)計
BLDC的換相狀態(tài)機
在圖1中，三相六狀態(tài)的無刷直流電機的換相過程通常由查表或者狀態(tài)機來實現(xiàn)。在通常的MCU平臺中，這部分的工作由軟件來完成。而在CY8C3866AXI-040片內(nèi)，換相邏輯切換是由硬件來來完成的。 這都歸功于其內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)中的UDB模塊。
UDB模塊的架構(gòu)如圖9所示：
圖9 UDB模塊的內(nèi)部架構(gòu)
一個UDB模塊由2個小型的12C4 的PLD模塊，一個時鐘和狀態(tài)控制單元，一個微型數(shù)據(jù)處理器（Datapath）組成。UDB模塊可以動態(tài)配置成為計數(shù)器，SPI，UART， 查找表，PWM發(fā)生器等數(shù)字器件。而UDB模塊相互之間可以互聯(lián)成為更為復雜的數(shù)字系統(tǒng)。CY8C3866AXI-040片上有24個UDB模塊。
圖10為無刷電機換相狀態(tài)的片內(nèi)實現(xiàn)：
圖10 Creator中換相狀態(tài)控制的原理圖設(shè)計
PWM_1 為UDB模塊配置而成的8 位PWM發(fā)生器。Sector_1 為控制寄存器，控制字包含了無刷電機六個狀態(tài)信息。LUT_1 為一個4*6的狀態(tài)表。它的輸入端為控制字和PWM輸出，輸出端為6路驅(qū)動信號。狀態(tài)表中的配置如圖11所示：
圖11 LUT中換相真值表的配置
此表實現(xiàn)的功能就是根據(jù)控制字（即電機位置扇區(qū)信息），將PWM調(diào)制信號按調(diào)制模式分配到6個驅(qū)動管腳上上。 這個功能減少了CPU的開銷。特別地，如改變電機的PWM調(diào)制模式，舉個例子，將單管PWM模式改為雙管PWM模式，那么只要改變這個狀態(tài)表的配置就可以了。
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