永磁無刷直流電機數字式控制器

一、概述

永磁直流無刷電機（PM-BLDC），由于其固有的許多特點，再加上我國稀土資源豐富，被眾多電機專家認為是21世紀的新型換代產品。隨著半導體集成電路，電力電子器件，控制原理和稀土材料工業的發展，可以預見這種產品必然會逐步取代傳統結構的交流電動機加變頻調速器的模式。

目前見到的文獻中，控制器一般都采用Motorola公司的MC33035，MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的 PWM芯片如 SG3524，TL494等。采用這些ASIC芯片，雖然能實現電機的無線調速，但還存在一些問題，如無法與計算機直接接口，許多較為復雜的控制算法無法在不增加硬件成本的情況下實現，控制器的為機界面不理想。總的講，控制器的智能化程度不高。雖然采用通用PWM芯片來實現電機無級調速的方案成本較低，但當控制器針對不同的應用場合增加各種附加功能時，其靈活性不夠，而且反而增加硬件的成本。

在電動自動車的控制器的設計中，如采用上面傳統的控制方案，無論是電流環還是速度環，其控制特性都不盡為意。對速度環，突然堵轉會引起功率器件的損壞，電流環時，當對速度進行測量時，又會增加額外的硬件開銷。我們在電動自行車控制器中，采用嵌入式單片機C504，對PM-BLDC Motor進行速度和電流的雙環控制，滿足了電動車特性的要求。

二、PM-BLDC數字控制器方案

PM-BLDC數字式控制器的框圖如圖1所示。

其中的核心部件是Infineon的嵌入式單片機C504。選擇C504的理由是：在C504內部有能產生三相PWM波的CCU單元。當對CCU的 SFR設置為Block Communication Mode時，CCU單元能根據三個中斷的信號的相位，自動產生適合PM-BLDC Motor 1200導通模式的6相PWM斬波信號而無需增加軟件開鎖。這時要求把三個相差1200電角度的HALL與C504的INT0，INT1，INT2直接連接。

另外，C504具有高抗干擾性，能在惡劣的電磁環境下正常工作。C504易開發，與國內普遍使用的MCS-51系列單片機完全兼容和可接受的價格[1]。

從該控制器原理圖可以看出，PM-BLDC的速度可以直接用數字進行預置或通過軟件進行控制，實現不同的控制算法以滿足各種應用要求。

結語

本數字式控制器對PM-BLDC的控制電動自動車上取得了滿意的效果。

在電動自動車控制器的設計中，有一個緩啟動的問題保有數字方法才能實現。當用戶啟動時，一般把油門信號開到最大，這對電機和控制的壽命極為不利。在我們的采用C504的控制器中，很好地解決了這一問題，而且實現平穩啟動。

可以看出，只要MCU具有現場可編程的功能（ISP Function)，可以在應用現場只改變軟件而無須重新調整硬件就能實現各種控制方案，這為現場調試提供了極大的方便性。

目前，我們用這種方案實現了一套張力控制系統，采用了Infineon提供的C504 MCU，大功率MOSFET(CoolMOS)，高壓IGBT和SFH系列高速光耦，取代了傳統的感應電機，變頻調速器及張力控制器，具有一定的先進性和價格優勢，有推廣應用的前景。