基于PSoC4的BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)比基于PSoC4的控制方案和當(dāng)前市場(chǎng)上的主流商用方案我們不難發(fā)現(xiàn)，PSoC4由于集成了豐富的片內(nèi)模擬和數(shù)字資源，可以完全用片內(nèi)的硬件來(lái)完成無(wú)刷直流電機(jī)的順序換相和電流監(jiān)控，比軟件實(shí)現(xiàn)更加快速可靠，且節(jié)省了可觀的片外有源器件的成本。此外，片內(nèi)的UDB還可以直接檢測(cè)霍爾傳感器的失效狀態(tài)，并迅速保護(hù)電機(jī)，這也是其它廠商所不具備的重要功能。

　　5. 基于PSoC4 的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　?、?控制原理圖設(shè)計(jì)

　　依據(jù)圖4的控制框圖，我們?cè)O(shè)計(jì)了圖5所示的在PSoC Creator環(huán)境下的BLDC電機(jī)控制原理圖。

　　霍爾信號(hào)經(jīng)I/O引腳后直接輸入U(xiǎn)DB換相邏輯表LUT_Cmut直接驅(qū)動(dòng)三相全橋電路，完成電機(jī)的硬件換相。同時(shí)霍爾信號(hào)也同步輸入另一個(gè)UDB邏輯表LUT_Spd,實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器的失效狀態(tài)檢測(cè)并完成電機(jī)的速度檢測(cè)。

　　電機(jī)電流經(jīng)采樣電路后輸入片內(nèi)運(yùn)放Opamp_1,經(jīng)運(yùn)放和濾波后輸入片內(nèi)比較器，與片內(nèi)IDAC產(chǎn)生的過(guò)流閾值基準(zhǔn)進(jìn)行比較，反轉(zhuǎn)后將直接關(guān)斷PWM輸出，通過(guò)換相邏輯表LUT_Cmut來(lái)使電機(jī)斷電。

　　圖5:步進(jìn)電機(jī)控制原理圖

　?、?控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　由于采用了PSoC4片內(nèi)硬件進(jìn)行換相、霍爾失效檢測(cè)和過(guò)流檢測(cè)保護(hù)，因此系統(tǒng)的的軟件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)捷，只需讀取用戶命令和完成速度閉環(huán)調(diào)節(jié)等即可。圖6為控制系統(tǒng)主程序流程框圖。

　　圖6:主程序流程圖

　　控制主程序首先初始化和配置PSoC4的內(nèi)部資源，在主循環(huán)中首先檢測(cè)用戶的起停命令和速度給定，在執(zhí)行速度閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。最后檢測(cè)母線電壓狀態(tài)。

　?、?控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　完成系統(tǒng)前述的系統(tǒng)原理圖和程序設(shè)計(jì)后，在PSoC Creator環(huán)境下編譯BLDC電機(jī)控制工程，并連接PSoC4開(kāi)發(fā)板，三相全橋驅(qū)動(dòng)板與BLDC電機(jī)，通電后電機(jī)可正常運(yùn)行。圖7顯示電機(jī)運(yùn)行在4000RPM時(shí)的霍爾信號(hào)與三相繞組反電動(dòng)勢(shì)波形。通道1,2,3分別為相繞組A,B,C反電動(dòng)勢(shì)波形。

　　由圖可以看出，BLDC電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，反電動(dòng)勢(shì)為標(biāo)準(zhǔn)的梯形波。

　　圖7: 三相霍爾信號(hào)與繞組反電動(dòng)勢(shì)波形

　　6. 小結(jié)

　　本文主要介紹了如何在Cypress推出的PSoC家族的最新成員PSoC4平臺(tái)上開(kāi)發(fā)有傳感器BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)。本文的設(shè)計(jì)過(guò)程說(shuō)明，PSoC4片內(nèi)集成的豐富資源使BLDC電機(jī)的換相和霍爾失效檢測(cè)都可以由內(nèi)部硬件來(lái)完成，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)并提高了可靠性。此外，片內(nèi)集成的運(yùn)放和比較器將電流檢測(cè)和保護(hù)也放在芯片內(nèi)部完成，使過(guò)流檢測(cè)反應(yīng)速度更快并進(jìn)一步降低了成本。因此，用戶可以使用PSoC4設(shè)計(jì)出具有優(yōu)異性能和較低價(jià)格的有傳感器BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)和產(chǎn)品。