基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機控制

過流保護
電機的過流保護可以保護電路板及電機免于大電流造成的發(fā)熱和損壞。過流保護的功能要求快速、準確、靈活。CY8C3866AXI-040片內(nèi)的模擬模塊可以很好的實現(xiàn)這個功能。圖12為PSoC Creator中過流保護電流的設計：

圖12 Creator中過流保護電路的原理圖設計
CurrIn為采樣電阻上采樣的電流信號，PGA_OC為增益可調(diào)的放大器，它將流過采樣電阻上的電流信號進行放大。 VDAC8_OC 為8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號，它將用戶設置的最大電流閾值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。Comp_OC為比較器。比較器的輸出連到PWM模塊的Kill端。這樣，如果實際電流大于所設定的閾值時，比較器信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，PWM輸出即被關斷，實現(xiàn)了硬件保護功能。
PWM被關斷的模式也可以靈活的配置：

圖13 PWM模塊中Kill信號的模式配置
Disabled： Kill信號不起作用
Asynchronous ： 當Kill信號有效時，保持關斷
Single Cycle： Kill信號只在當前PWM周期有效
Latched： Kill信號一經(jīng)觸發(fā)，即使Kill信號恢復，模塊也一直保持關斷
Min-Time： Kill信號有效后，用戶可以設置模塊被關斷的時間周期

速度閉環(huán)調(diào)節(jié)

速度閉環(huán)設計可以保證電機速度在負載，電壓等發(fā)生變化時，保持速度穩(wěn)定。最經(jīng)典的控制方法為PID控制，其公式如下：

其中 為速度誤差， 為積分系數(shù)， 為比例系數(shù)。
這種為絕對式PID控制，每次計算都把往次的結(jié)果累加起來，這增加了CPU的負擔。 而相對式PID則是一種改進的方法：

這種方法只計算輸出量的增量，對于積分環(huán)節(jié)，也只計算本次的誤差，無需累加計算。這種算法時候與基于微控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)。
用戶界面
本設計提供了多樣的用戶界面，以方面對電機控制參數(shù)的修改，并了解電機的狀態(tài)信息。
一種用戶界面是基于LCD面板和電容觸摸按鍵的，LCD面板為顯示接口，電容觸摸按鍵則是用戶輸入接口。電容觸摸按鍵是利用電容感應技術，通過檢測手指與按鈕之間的電容來實現(xiàn)按鍵和旋鈕功能。如圖14所示，BT1和BT2是兩個電容觸摸按鍵，另外還有一個滑條可以動態(tài)改變參數(shù)：

圖14 電容感應滑條和按鍵
　　此用戶界面的狀態(tài)機如下：

　 圖15 用戶界面的狀態(tài)機
電機的旋轉(zhuǎn)方向、最大電流、PID參數(shù)都可以借助上述用戶界面來設置。CY8C3866AXI-040　片內(nèi)的Capsense模塊以及LCD模塊能很方便的完成按鍵掃描已經(jīng)數(shù)據(jù)顯示。
另外，本設計還允許用戶通過UART接口由GUI來實現(xiàn)對電機的監(jiān)控，這里就不做贅述。　
結(jié)語
基于PSoC3(CY8C3866AXI-040)的無位置傳感器BLDC電機控制利用片內(nèi)豐富的資源減少了BLDC無傳感器控制對外部器件的依賴。片內(nèi)模擬多路選擇器和比較器可以實現(xiàn)在PWM高電平時刻對反電勢信號進行采樣。換相狀態(tài)機和過流保護功能完全可由片內(nèi)硬件模塊完成。此外，該芯片在處理電機控制的同時還具備強大的用戶界面接口功能。