基于DSP+CPLD的無(wú)刷直流電機(jī)三環(huán)控制設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 DSP芯片
系統(tǒng)選用TMS320F2812型DSP，TMS320F2812實(shí)行低功耗設(shè)計(jì)，I／O引腳電壓3．3 V，內(nèi)核電壓1．8 V，最高主頻150 MHz，最小指令周期6．67 ns，外部采用低頻時(shí)鐘，通過(guò)片內(nèi)鎖相環(huán)進(jìn)行倍頻。SCI外設(shè)接口可方便地與上位機(jī)進(jìn)行RS-422串口通訊。
3．2 CPLD
此處選用EPM3128ATE100-10型CPLD，具有2 500個(gè)可用門，128個(gè)宏陣列，最多可用I／O口為80個(gè)，可滿足系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)中CPLD主要功能是對(duì)電機(jī)霍爾位置信號(hào)和DSP給出的PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合處理，產(chǎn)生控制功率管開關(guān)的相序，使電機(jī)的三相電樞繞組按一定順序?qū)◤亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)BLDCM的控制。
系統(tǒng)中CPLD另外一個(gè)功能是根據(jù)電機(jī)霍爾位置信號(hào)計(jì)算電機(jī)速度。對(duì)于只有一對(duì)極的三相BLDCM，每個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)子有6次換相，即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)
過(guò)60°機(jī)械角都有一次換相。測(cè)得每?jī)纱螕Q相的時(shí)間間隔為△t，就可根據(jù)公式ω=60°／△t計(jì)算出兩次換相間隔間的平均角速度。
3．3 功率驅(qū)動(dòng)電路
采用三相全橋驅(qū)動(dòng)，上橋臂功率MOSFET管進(jìn)行PWM的方式控制。功率元件采用N溝道MOSFET管IRF250，驅(qū)動(dòng)元件采用柵極驅(qū)動(dòng)專用電路IR2130，其獨(dú)有的HVIC技術(shù)使得它可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在母線電壓高達(dá)600 V的電路中的MOSFET器件。

圖3為功率驅(qū)動(dòng)電路示意圖。Rx為電流采樣電阻，對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行采樣。Rx應(yīng)選取溫度系數(shù)小的電阻，且阻值也應(yīng)盡量小，系統(tǒng)選用0．05 Ω／4 W的固定線繞電阻。R1和R2構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻輸入到電流比較器的輸入端ITRIP，當(dāng)主電路發(fā)生過(guò)流或橋臂直通(ITRIP端輸入電平高于0．5 V)時(shí)，IR2130內(nèi)部保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，從而使被驅(qū)動(dòng)功率管全部截止。故障輸出端FAULT變?yōu)榈碗娖?，二極管VD1發(fā)光報(bào)警。FAULT端的輸出經(jīng)過(guò)R3，R4組成的分壓網(wǎng)絡(luò)接入DSP的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷輸入引腳PDPINTA，PDPINTA是一個(gè)下降沿有效的中斷，有效時(shí)將事件管理器A的PWM輸出引腳置為高阻態(tài)。S1’～S6’為來(lái)自CPLD并經(jīng)過(guò)光耦隔離的控制信號(hào)。
3．4 其他硬件電路設(shè)計(jì)
電機(jī)在啟動(dòng)與換向過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大幅度的電流，電機(jī)功率供電地會(huì)產(chǎn)生較大幅度的毛刺。為了使整個(gè)系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性，數(shù)字電路地與電機(jī)功率地應(yīng)完全分開。
信號(hào)地和功率地的隔離由光耦實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)選用多路高速光耦HCPL5631。CPLD輸出的6路控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離輸入功率驅(qū)動(dòng)電路，如圖4所示。

電流環(huán)的組成包括電流采樣與處理。圖3中，Rx對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行采樣。采樣后的電流值變?yōu)殡妷褐?，?jīng)過(guò)線性光耦，輸入DSP的A／D單元，完成對(duì)電流的采樣。
位置傳感器采用電位器，可輸出反映位置信息的電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)阻容網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器等組成的濾波、放大環(huán)節(jié)，輸入DSP的A／D單元，完成對(duì)位置的采樣。