基于DSP電動汽車無刷直流電機相位測試

摘要：根據(jù)無刷直流電機的工作原理，采用霍爾傳感器作為位置傳感器，TI公司的DSP芯片TMS320LF2406非常適合作為無刷直流電機(BLDC)的控制芯片，建立了無刷直流電機相位檢測手段，轉(zhuǎn)子位置檢測模塊的軟件設(shè)計流程，簡述電動汽車無刷直流電機控制系統(tǒng)的相位測試的硬件控制策略和軟件設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機；電動汽車；霍爾傳感器；相位測試

本文選用無刷直流電動機為電動汽車的驅(qū)動電機，DSP的TMS320LF2407A控制器為核心，霍爾傳感器為位置傳感器，轉(zhuǎn)子位置傳感器是無刷直流電機的關(guān)鍵部件，其作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子電樞繞組軸線的位置信號，為功率開關(guān)提供正確的開關(guān)信息，使電動機電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而換相，從而使無刷直流電機正常工作。本文采用霍爾傳感器為位置傳感器，提出了一種獲取無刷直流電機起轉(zhuǎn)子相對于定子的位置信號相位測試的方法，導(dǎo)出了傳感器信號和逆變器驅(qū)動信號的邏輯關(guān)系。

1 控制器總體方案
基于DSP實現(xiàn)的電機伺服系統(tǒng)可以僅用一片DSP就可以替代單片機和各種接口，擴展方便，可以實現(xiàn)位置、速度和電流環(huán)的全數(shù)字化控制，故控制電路采用DSP的TMS320LF2407A控制器為核心，采用該芯片設(shè)計控制器，只需要很少的外圍芯片即可完成所有的控制任務(wù)。

該控制器的硬件如圖1所示，本文重點對無刷直流電機相位進行測試，基本上包括功率驅(qū)動部分、DSP控制核心部分、A／D信號檢測部分等。

2 電機的工作原理及硬件實現(xiàn)
在BLDC中，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動60°，霍爾傳感器就會改變它的相，因此每個霍爾傳感器的一個相代表一個具體轉(zhuǎn)子位置。由霍爾模式(圖2)知，信號由霍爾傳感器產(chǎn)生，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)著一個霍爾傳感器。

圖3是三相無刷直流電機驅(qū)動控制使用霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，使用了3個位置間隔120°分布的霍爾傳感器，由霍爾器件所輸出的轉(zhuǎn)子位置信號送到功率變換電路后，直接送至TMS320LF2407A的捕獲單元進行處理，每個霍爾傳感器的輸出與捕獲單元的一個輸入引腳相連，把捕捉口設(shè)置為I／O口，并檢測該口的電平狀態(tài)，就可以知道哪一個霍爾傳感器的什么沿觸發(fā)的捕捉中斷。通過產(chǎn)生捕捉中斷來給出換相時刻，同時給出位置信息，實現(xiàn)脈寬調(diào)制(PWM)和換相控制。

無刷直流電機控制系統(tǒng)通常采用兩兩通電方式，每一時刻只有2個上下橋臂的功率管導(dǎo)通，每隔60°電角度會換向一次。每一次功率管導(dǎo)通120°電角度，各功率管導(dǎo)通順序依次為+A-B、+A-C、+B-C、+B-A、+C-A、+C-B，共六個狀態(tài)。圖3中功率變換器的六個開關(guān)元件IGBT的柵極驅(qū)動信號由DSP通過PWM1至PWM6引腳經(jīng)過三相驅(qū)動電路隔離放大供給。其中，上橋臂的A+、B+、C+分別接受DSP的PWM1、PWM3、PWM5管腳的控制；下橋臂的A-、B-、C-分別接受DSP的PWM2、PWM4、PWM6管腳的控制。另外，位置傳感器的三路位置輸出信號H0、H1、H2經(jīng)過施密特整形處理后分別給DSP的捕獲口(CAPX)?；魻杺鞲衅鬏敵?個互相交疊180°的信號，通過檢測輸出信號的上升沿和下降沿，可以得到6個相位交變的時刻，同時發(fā)出中斷信號，產(chǎn)生中斷，調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序即可得到所需的位置信號。