基于PIC16F690的直流無刷電機驅動器設計

傳統(tǒng)的直流電機調速方法很多，如調壓調速、弱磁調速等，它們存在著調速響應慢、精度差、調速裝置復雜等缺點。隨著全控式電力電子器件技術的發(fā)展， 以大功率晶體管作為開關器件的直流脈寬調制(PWM)調速系統(tǒng)已成為直流調速系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

為配套24V直流電機，設計了一種直流無刷電機驅動器。采用美國Microchip公司的PIC16F690單片機作為控制器， MOSFET為驅動元件， 配以相應的控制軟件構成控制系統(tǒng)。實踐表明，整個系統(tǒng)的精度、快速性以及可靠性等指標都能滿足實際需求。

系統(tǒng)在設計和調試中采取了必要的抗干擾措施， 具體有如下幾點：

　　(1)合理布置電源濾波、退耦電容;

　　(2)分區(qū)布局， 將數(shù)字電路與模擬電路分開;

　　(3)合理設計地線;

　　(4)電流通路的面積最小;

　　( 5)盡量加粗接地線和電源線;

1 PWM 直流調速原理

在PWM 調速系統(tǒng)中，一般可以采用定寬調頻、調寬調頻、定頻調寬3 種方法改變控制脈沖的占空比，但是前兩種方法在調速時改變了控制脈寬的周期，從而引起控制脈沖頻率的改變， 當該頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時將會引起振蕩。為避免之，設計采用定頻調寬改變占空比的方法來調節(jié)直流電動機電樞兩端電壓。

定頻調寬法的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內接通和斷開的時間比(占空比)來改變直流電機電樞上電壓的占空比，從而改變平均電壓，控制電機的轉速。在PWM 調速系統(tǒng)中，當電機通電時其速度增加，電機斷電時其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可控制電機轉速。而且采用PWM 技術構成的無級調速系統(tǒng)，啟停時對直流系統(tǒng)無沖擊， 并且具有啟動功耗小、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。為了說明問題，現(xiàn)假定電機始終接通電源時，電機最大轉速為Vmax, 占空比為D = t /T, 則電機的平均速度Vd = D*Vmax, 由公式可知，當改變占空比D = t /T 時，就可以得到不同的電機平均速度Vd,從而達到調速的目的。

在一般應用中，可將平均速度與占空比D 近似地看成線性關系。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 總體設計原理

系統(tǒng)要求電機能夠按照設定值運轉，并能實現(xiàn)正反轉控制，根據(jù)直流電機的PWM 控制要求，控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括單片機控制電路、光電隔離電路、驅動電路等幾個部分，系統(tǒng)的硬件原理框圖，如圖1所示?？刂菩盘査腿隤IC 單片機模擬口，經過處理后，輸出PWM控制脈沖，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，在單片機控制電路和電機驅動電路之間用光電耦合器( TLP521) 實現(xiàn)電氣隔離， 隔離后的控制信號經電機驅動邏輯電路產生電機邏輯控制信號， 分別控制H橋的上下臂，從而實現(xiàn)電機的正反轉和調速的目的， 同時電機的轉速能通過編碼器反饋給單片機， 實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。