在PSoC4平臺上開發(fā)傳感器BLDC電機控制系統(tǒng)

圖4：基于PSoC4的無刷直流電機控制框圖

對比基于PSoC4的控制方案和當(dāng)前市場上的主流商用方案我們不難發(fā)現(xiàn)，PSoC4由于集成了豐富的片內(nèi)模擬和數(shù)字資源，可以完全用片內(nèi)的硬件來完成無刷直流電機的順序換相和電流監(jiān)控，比軟件實現(xiàn)更加快速可靠，且節(jié)省了可觀的片外有源器件的成本。此外，片內(nèi)的UDB還可以直接檢測霍爾傳感器的失效狀態(tài)，并迅速保護電機，這也是其它廠商所不具備的重要功能。

5. 基于PSoC4 的無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計實例

① 控制原理圖設(shè)計

依據(jù)圖4的控制框圖，我們設(shè)計了圖5所示的在PSoC Creator環(huán)境下的BLDC電機控制原理圖。

霍爾信號經(jīng)I/O引腳后直接輸入UDB換相邏輯表LUT_Cmut直接驅(qū)動三相全橋電路，完成電機的硬件換相。同時霍爾信號也同步輸入另一個UDB邏輯表LUT_Spd，實現(xiàn)霍爾傳感器的失效狀態(tài)檢測并完成電機的速度檢測。

電機電流經(jīng)采樣電路后輸入片內(nèi)運放Opamp_1,經(jīng)運放和濾波后輸入片內(nèi)比較器，與片內(nèi)IDAC產(chǎn)生的過流閾值基準進行比較，反轉(zhuǎn)后將直接關(guān)斷PWM輸出，通過換相邏輯表LUT_Cmut來使電機斷電。

圖5：步進電機控制原理圖

② 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于采用了PSoC4片內(nèi)硬件進行換相、霍爾失效檢測和過流檢測保護，因此系統(tǒng)的的軟件設(shè)計較為簡捷，只需讀取用戶命令和完成速度閉環(huán)調(diào)節(jié)等即可。

圖6：主程序流程圖

圖6為控制系統(tǒng)主程序流程框圖。

控制主程序首先初始化和配置PSoC4的內(nèi)部資源，在主循環(huán)中首先檢測用戶的起停命令和速度給定，在執(zhí)行速度閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。最后檢測母線電壓狀態(tài)。

③ 控制系統(tǒng)實驗結(jié)果

完成系統(tǒng)前述的系統(tǒng)原理圖和程序設(shè)計后，在PSoC Creator環(huán)境下編譯BLDC電機控制工程，并連接PSoC4開發(fā)板，三相全橋驅(qū)動板與BLDC電機，通電后電機可正常運行。圖7顯示電機運行在4000RPM時的霍爾信號與三相繞組反電動勢波形。通道1，2，3分別為相繞組A，B，C反電動勢波形。

由圖可以看出，BLDC電機運行穩(wěn)定，反電動勢為標準的梯形波。

圖7： 三相霍爾信號與繞組反電動勢波形

6. 小結(jié)

本文主要介紹了如何在Cypress推出的PSoC家族的最新成員PSoC4平臺上開發(fā)有傳感器BLDC電機控制系統(tǒng)。本文的設(shè)計過程說明，PSoC4片內(nèi)集成的豐富資源使BLDC電機的換相和霍爾失效檢測都可以由內(nèi)部硬件來完成，簡化了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計并提高了可靠性。此外，片內(nèi)集成的運放和比較器將電流檢測和保護也放在芯片內(nèi)部完成，使過流檢測反應(yīng)速度更快并進一步降低了成本。因此，用戶可以使用PSoC4設(shè)計出具有優(yōu)異性能和較低價格的有傳感器BLDC電機控制系統(tǒng)和產(chǎn)品。(end)