LPC2141的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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通過改變加在電機(jī)上的電壓，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖4所示，使用PWM輸出來控制6個(gè)開關(guān)三相橋(Q1～Q6)，可以通過改變占空比的PWM信號(hào)來調(diào)整電機(jī)的電壓。
3.3電機(jī)的反饋
3.3.1 電流測量
電機(jī)電流的低成本測量可以在MOSFET與地之間使用電流感應(yīng)電阻。小電壓出現(xiàn)在電流檢測電阻上，經(jīng)過濾波和放大之后，輸入到LPC2141的ADC輸入端。
電機(jī)的電流測量也經(jīng)常用于保護(hù)模式。當(dāng)電機(jī)在堵轉(zhuǎn)位置時(shí)，電流會(huì)急劇增加。由于電流的異常突變，ADC的數(shù)值會(huì)達(dá)到一個(gè)極限，從而將系統(tǒng)關(guān)斷，切換到保護(hù)模式，從而提高系統(tǒng)的安全系數(shù)。
3.3.2 RPM轉(zhuǎn)速測量
作為閉環(huán)速度控制，實(shí)際的電機(jī)速率必須實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過霍爾傳感器連接LPC2141的輸入引腳，可以很準(zhǔn)確地測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。常用如下2種方法：
①連接霍爾傳感器輸出到LPC2141的外部中斷輸入引腳。這樣每60°電角度就會(huì)產(chǎn)生一次中斷。通過在一定的確切時(shí)間(如1 s)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)中斷的數(shù)量，即可很容易地計(jì)算出精確的電機(jī)速度。
②連接傳感器信號(hào)到LPC2141的定時(shí)器捕獲引腳，通過衡量每一個(gè)旋轉(zhuǎn)相位的切換時(shí)間來計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
4硬件設(shè)計(jì)
4.1 LPC2141的使用方法
LPC2141的系統(tǒng)功能框圖如圖5所示。LPC2141是NXP公司基于ARM7的LPC2000系列低成本微控制器，具有6通道PWM定時(shí)器、片上USB接口、8 KB的片上靜態(tài)RAM和32 KB的片上閃存程序存儲(chǔ)器。對(duì)于較大的存儲(chǔ)或特定外設(shè)(CAN總線、以太網(wǎng)等)的要求，可以選擇LPC2000系列的其他型號(hào)(如LPC2368等)，這些芯片都是和LPC2141兼容的。
本設(shè)計(jì)具備如下特性：CPU負(fù)載小于5％，代碼大小為6 KB(包含USB通信代碼)；未用的外設(shè)包括UART、I2C、SPI／SSP、RTC、2個(gè)定時(shí)器和5個(gè)A／D輸入；超過30個(gè)未用的通用輸入輸出口GPIO，用于用戶的特定應(yīng)用要求。
4.2電機(jī)的選擇
使用Maxon公司120 W的EC-40直流電機(jī)。空載時(shí)供電電壓為24 V，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)到5 900 r／min，最大的連續(xù)電流達(dá)到6 A。
4.3 MOSFET的選擇
選用NXP公司的PH20100S N溝道場效應(yīng)管Trench-MOS邏輯電平。這個(gè)電平與選定的電機(jī)有關(guān)。對(duì)于24 V電機(jī)，MOSFET的VDS需要至少40 V，而漏電流必須足夠大，以滿足電機(jī)的啟動(dòng)電流。由于系統(tǒng)程序代碼設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)機(jī)制(對(duì)于小臺(tái)階的啟動(dòng)需要一定的速度)，漏電流在一定程度上有所減小。PH20100S能夠處理的最大漏極電流是34.3 A，峰值電流是137 A，采用表面貼裝SOT669(LFPAK)封裝。
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評(píng)論