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電機控制器模塊設計三大要點

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點擊次數:  更新時間:2017-03-09 09:06:56  【打印此頁】  【關閉

一、大電流驅動電機

        電機驅動是一個大電流驅動,又是一個電感性負載,控制器在運行時不可避免有干擾引入,因此除了在硬件布局,布線上注意外,軟件上也要做相應的抗干擾措施以避免錯誤的換向動作。考慮到輸入到單片機的換相信號容易受干擾,加上線路上濾波電容的影響,單片機程序在讀取換相信號時應至少連續讀取3次,以3次信號完全一致時才采用該值作為換相信號的真值,如果其中一次不對,那么干脆就重新再讀3次,這就是一個有抗干擾措施的鑒相過程。取得換相信號后,我們將其與上次讀到的值做對比,如果相同,則表示沒有換相,如果不同,則要跟據這個值去取得一個相對應的驅動信號,從而驅動電子開關動作。這個過程可以使用逐項比較法、查表法等來實現。

永磁無刷直流電機控制系統原理圖

圖1  永磁無刷直流電機控制系統原理圖

        市面上有兩種電機,即所謂的120°和60°霍爾信號,這個角度代表三個霍爾器件輸出的三相電信號其相位角相差的角度,其實這里面的區別僅僅是電平的不一樣,在馬達內部的安裝上,位置沒什么不同,只是中間一相的相位相反,所以仍然是六種信號對應六種驅動,軟件上將表稍作調整即可。需要提一下的是,在120°的霍爾信號中,不可能出現二進制0B000和0B111的編碼,所以在一定程度上避免了因霍爾零件故障而導致的誤操作。因為霍爾元件是開路輸出,高電平依靠電路上的上拉電阻提供,一旦霍爾零件斷電,霍爾信號輸出就是0B111。一旦霍爾零件短路,霍爾信號輸出就是0B000,而60°的霍爾信號在正常工作時這兩種信號均會出現,所以一定程度上影響了軟件判斷故障的準確率。目前市面馬達已經逐漸舍棄60°相位的霍爾排列。


二、限流驅動模塊

        這是整個控制器的靈魂,如果限流驅動沒做好,其他功能再好還是一個字:燒!。電動車控制器的電子開關均使用功率MOSFET控制,MOSFET的最大允許電流,最大允許功耗都有其限制,如果沒有電流控制,或者電流控制不好,均會導致功率MOSFET的燒毀,從而導致整個控制器報廢,因此電流控制是本程序的重中之重,這個做不好,其它功能一概免談。說起來嚴重,其實做起來,摸到竅門也是很簡單的,其秘訣也只有四個字:準確,及時。

專用集成芯片的控制器電路圖

圖2  專用集成芯片的控制器電路圖

        電流信號經康銅絲采樣之后分兩路,一路送至放大器,一路送至比較器。具體電路見硬件部分。放大器用來實時放大電流信號,放大倍數大約6.5倍,放大后的信號提供給單片機進行AD采樣轉換,轉換所得數字用來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號送至比較器,當電流突然由于某種原因大大超過允許值,比如一只MOSFET擊穿或誤導通時,比較器翻轉送出低電平,觸發單片機的INT0外部中斷,使單片機能夠快速關斷驅動,從而保護MOSFET避免更大傷害。


三、剎車斷電模塊

        電動車在剎車手柄附近裝了一個微動開關,一方面在剎車時點亮剎車燈,一方面給控制器提供一個剎車高或低電平信號,各廠家不一定,在電路上作一些電平轉換很容易就可以提供給單片機一個準確的信號,我們可以采用數字測量的方法測量這個電平是高還是低,也可以使用AD去測量有幾伏,總之監測到這個信號后必須關閉所有的驅動輸出和PWM輸出,這樣就可以實現剎車斷電。


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