作者：杭州電子工業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)研發(fā)中心 戴 鈞 戴國(guó)駿 杭州光陽(yáng)機(jī)電技術(shù)有限公司 王曉勇 董海德 來(lái)源：《電子產(chǎn)品世界》

摘要：本文介紹了一種適用于控制永磁無(wú)刷直流電機(jī)的廉價(jià)嵌入式微控制器，并結(jié)合實(shí)例給出了軟件和硬件兩種控制方法。 關(guān)鍵詞：永磁無(wú)刷直流電機(jī) 控制 嵌入式微控制器 一、 概述 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（permanent magnet brushless dc motor以下簡(jiǎn)稱pmbldc）由于其固有的特點(diǎn)，在家用消費(fèi)類產(chǎn)品（空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)）和it周邊產(chǎn)品（打印機(jī)、軟驅(qū)、硬驅(qū)）中得到廣泛的應(yīng)用。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效、低噪聲、高功率密度、啟動(dòng)扭矩大、壽命長(zhǎng)等其它種類直流電機(jī)無(wú)法比擬的特性。我國(guó)是稀土大國(guó)，稀土永磁材料經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，已經(jīng)有了一定的規(guī)模，質(zhì)量和數(shù)據(jù)都有較大的提高，價(jià)格已不斷下降，這將大大促進(jìn)pmbldc工業(yè)發(fā)展�？梢灶A(yù)計(jì)21世紀(jì)pmbldc將成為應(yīng)用最廣泛的電機(jī)，并可以取代傳統(tǒng)直流電機(jī)和交流電機(jī)+變頻調(diào)傳統(tǒng)模式，成為10kw以下電機(jī)傳動(dòng)的主角。 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。驅(qū)動(dòng)板是永磁無(wú)刷直流電機(jī)電機(jī)關(guān)鍵的一部分。它的性能將直接影響整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。隨著電子產(chǎn)品向數(shù)字化方向的發(fā)展，mcu已大量應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板又是連接上位控制mcu和電力電子變換器的橋梁：它接收上位機(jī)的命令，通過(guò)一定的控制方法，來(lái)達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)；同時(shí)把當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)及一些基本參數(shù)返回給上位控制的mcu。由上述對(duì)pmbldc驅(qū)動(dòng)板應(yīng)達(dá)到的功能可知，此類驅(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�？紤]到目前國(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)，這里我們選用了完全采用8031核，價(jià)格低廉，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)40mhz的infineon c504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(guò)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～int2是外部控制，通過(guò)int0～int2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)，可以方便地實(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。 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) infineon的嵌入式微控制器c504的ccu單元提高了非常適合于pmbldc電機(jī)控制的功能，通過(guò)選擇硬件和軟件模式，可方便地達(dá)到所需要的控制目的；同時(shí)c504價(jià)格低廉，抗干擾性強(qiáng)，非常適合作為一