一種基于微控制器C504的永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)

一、 概述

永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的發(fā)揮，除電機(jī)本身的設(shè)計(jì)以外，還要靠驅(qū)動(dòng)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)這一驅(qū)動(dòng)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)板來(lái)保證。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板的核心器件應(yīng)是帶多路(6路以上)PWM輸出的嵌入式微控制器。由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)INTEL MCS-51系列單片機(jī)的應(yīng)用有了廣泛基礎(chǔ)，我們選用了完全采用8031核，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)40MHz的InfineonC504嵌入式微控制器。

二、 C504的硬件驅(qū)動(dòng)模式

C504在8031核的基礎(chǔ)上，除了增加A/D轉(zhuǎn)換等外圍接口功能電路外，還增加了非常適合于電機(jī)控制的7路全數(shù)字PWM輸出單元CCU(Capture/Compare Unit，捕捉比較單元)。CCU的功能框圖如圖1所示。當(dāng)C504工作在硬件驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，cout3可以調(diào)制cc0,cout0,cc1,cout1,cc2,cout2上面，而且其輸出的時(shí)序由INT0，INT1，INT2編碼控制。

在圖1中，左邊的fosc/2是整個(gè)單元工作的時(shí)間基準(zhǔn);

CTRAP端可控制cc0-cout2輸出端狀態(tài)，處于CTRAP狀態(tài)時(shí)cc0～cout2的狀態(tài)可軟件定義;

cc0-cout2端為3相6路16位PWM輸出;

ccx和coutx(x=1,1,2)為互補(bǔ)信號(hào)，并且可以通過設(shè)置Offset Register的數(shù)值來(lái)控制其死區(qū)時(shí)間;

cout3是單路10 bit PWM輸出端，而INT0～I(xiàn)NT2是外部控制，通過INT0～I(xiàn)NT2的編碼來(lái)控制cc0～cout2的輸出次序。

圖2是C504使用在一臺(tái)外轉(zhuǎn)子的永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，工作在硬件模式下的電流波形。

這臺(tái)樣機(jī)現(xiàn)在已由杭州光陽(yáng)機(jī)電技術(shù)有限公司投入生產(chǎn)。當(dāng)用作電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)的永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用嵌入式微控制器控制時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)等一系列普通模擬控制器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。
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三、 C504的軟件驅(qū)動(dòng)模式

C504除了提供硬件驅(qū)動(dòng)模式外，另外還提供了可以任意組合PWM輸出的軟件驅(qū)動(dòng)動(dòng)模式，如圖3所示。

所講任意組合有兩層含義：

1)制的電機(jī)的相數(shù)可以選擇，并可用不同的ccx和coutx(x=0，1，2)端;

2)控制的方法可以是一般的PWM，也可以是SPWM控制，這一點(diǎn)可以應(yīng)用到PMBLDC的準(zhǔn)正弦電流控制中。

圖4是控制一臺(tái)DCDD(DC Direct Drive)洗衣機(jī)的電流波形。從圖中可以看出其電流波形已非常接近正弦，取得了良好的控制效果。

四、 結(jié)語(yǔ)

C504價(jià)格低廉，抗干擾性強(qiáng)，適合作為一個(gè)控制芯片，嵌入到類似驅(qū)動(dòng)板這樣的功率變換器與計(jì)算機(jī)之間的中間部件。目前，我們采用C504作為多軸控制系統(tǒng)的底層嵌入式控制芯片，準(zhǔn)備在數(shù)控機(jī)械，印刷等行業(yè)上應(yīng)用。