直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计

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一

直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计

汪飞鹏

（萧山区质量计量监测中心浙江杭州３１１２００）

［摘要］电控系统是电动自行车的核心部件，其控制器的性能是决定电动自行车稳定可靠运行的重要因素。本文主要对于直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计相关技术进行分析，对于今后电动车控制系统设计具有一定帮助。

［关键词］直流无刷电机控制器电源转换硬件设计电路设计中图分类号：ＴＭＰ５６４文献标识码：Ａ文章编号：１００９－９１４Ｘ（２０１Ｉ）１１—００６８－０１

电动自行车控制器的硬件部分分成以下部分ｈ。１：电源部分是利用控制器的电源ＶＳＳ经过电压转换产生＋５Ｖ和＋ＩＳＶ，分别供给单片机及其外围部分和ＩＯＲ２１０３功率驱动部分，ＶＳＳ提供，ＷＯＳＦＥＴ管的电源输入：欠压检测部分把ＶＳＳ通过电阻分压送入单片机与设定电压比较来判断电源是否欠压：换相电路通过７４ＨＣ０８与非门产生跟电机相位序列一致的控制序列，经过霍尔传感器利用反电势原理的位置信号，把该信号的状态与电机的固定序列进行比较判断换相的正确性：ＭＯＳＦＥＴ驱动电路由ＩＯＲ２１０３把上管和下管控制信号进行放大，从而来驱动大功率管。

１芯片避墨

单片机的好处是自带Ｉ／０接口、ＰＷＭ模块、捕捉／比较功能、外中断、内部定时器甚至通讯、自编程等功能方便实现用户功能的同时大大减少外围电路、降低成本和可靠性。目前市场上单片机种类型号非常多，多家公司在生产，各有所长。这其中，ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ公司的ＰＩＣ系列单片机型号尤其丰富，内部功能模块配置多样、齐全，１２位、１４位、１６位及３２位（按指令长短区分）一应俱全，以适应市场细分化的趋势而取得销售份额的增长。所以。此次研究的控制器，采用ＰＩＣ单片机。

根据直流无刷无位置传感器电动自行车设计方案的要求，选用ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机作为主控芯片。ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机主要性能特点可归纳如下：１、简指令集，仅有３７条指令。２、执行速度快：２０Ｍｈｚ的振荡时钟，２００ｎｓ的指令周期。３、低功耗ＳＬＥＥＰ方式。４、工作电压范围宽：３．０～６．ＯＶ。５、较大的输入输出直接驱动ＬＥＤ能力，灌入电流可达２５ｍＡ。６、具有２Ｋ的ＥＰＲＯＭ，可以满足普通的系统软件的容量要求。７、具有３个８位定时器和２个ＰＷＭ输出。

２控翻鼍电源部分电路的设计

控制器的电源ＶＳＳ是３６Ｖ或４８Ｖ，它不能直接给单片机和一些集成电路供电。必须将它转换为符合量程的电压。因此需要把它转换成５Ｖ和１５Ｖ，５Ｖ给单

意让上桥臂中Ｐ点为低（高）电平时，功率管ＭＯＳＦＥＴ导通，为高（低）电平时，功

率管ＭＯＳＦＥＴ关断：而在下半桥臂中则要让Ｐ点为高（低）电平时，功率管ＷＯＳＦＥＴ导通，为低（高）电平时，功率管ＭＯＳＦＥＴ关断，以避免出现电源短时的直通，烧坏功率器件现象。在直流无刷电机驱动主电路中，电机换向时功率管ＭＯＳＦＥＴ突然关断，某一相的电流突变为０。

５ＭＯＳ阼Ｔ的保护电路的设计

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开关器件主要的功耗在于关断时，由于其漏极所接变压器原边电感的作用，器件瞬间承受较大电压，使其关断时间减缓，功率损耗增大。加入缓冲电路后，开关关断、电压上升时，缓冲电容吸收电荷，延缓了开关器件漏一源电压的上升，从而一方面保护了器件，另一方面降低了器件的功耗。这种方法简单、原理明确、实用可靠，但是电容缓冲的能量通过旁路电阻释放，所以不能降低总的功耗。

。６欠压保护的电路设计

欠电压保护电路对集成ＰＷＭ控制器的电源实旌监控。监控信号由由电源经过两个分压电阻分压产生，经ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机内部Ａ／Ｄ转换后得到数字信号。把得到的数字量与程序中设定的数字进行比较后证实电源电压是否欠压，若欠压则封锁ＰＷＭ信号的输出。当电路初上电时，电源电压低于启动电压（典型值为３３Ｖ），欠电压保护电路封锁ＰＷＭ信号的输出。只有当电源电压大于

启动电压后。经过一次软启动过程内部电路才开始工作，输出端将有Ｐ肌信号

输出。当电源电压低于保护电压（典型值３０Ｖ）时，ＰＷＭ输出被封锁，控制器停止工作。只有当电源电压再次大于启动电压后，重新经过一次软启动过程，才能恢复ＰＷＷ信号输出。

７换相部分电路设计

电机在转动的过程中，通过霍尔传感器检测位置信号，利用反电势原理把Ａ、Ｂ、Ｃ三处的信号转换为＋５Ｖ和０Ｖ。把该信号与单片机的ＰＩＣ２６、ＰＩＣ２７和ＰＩＣ２８管脚相连．并设置成输入状态。当反电势过零时引起霍尔信号发生电平变化，从而引起单片机的中断来与该电机的位置序列发生比较，若序列一致则说明电机转动正常，否则则说明电机不转或者缺相。

单片机的Ｐ１，Ｐ３和Ｐ５分别和驱动电路上桥臂的三路相连，经过ＩＯＲ２１０３驱动控制上桥臂的三路功率开关器件开或关：Ｐ２、Ｐ４和Ｐ６分别和驱动电路下桥臂的三路相连，经过ｆＯＲ２１０３驱动电路控制下桥臂的三路功率开关器件开或关。由于电动自行车用直流无刷电动机的速度较低，频率也较低，因此使用电容Ｃ就可以让低频段的信号通过，抑制高频段的信号。

绮语

本文较好地解决了影响电动自行车直流无刷电机控制器性能的主要技术问题，其中的研究工作为控制器的可靠性、稳定性和运行性能的进一步提高进行了有益的探索。参考文献：

［１］佟国香，周亦敏，温田学，等．基于ｕｐｄ７８Ｆ９２２２的无刷电机控制系统的实现［Ｊ］．仪器仪表学报，２００５，２６（８）．（１０）．

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片机和除ＩＯＲ２１０３外的集成电路供电，１５Ｖ给ＩＯＲ２１０３供屯３６Ｖ或４８Ｖ给大功

率的ＭＯＳＦＥＴ管供电。

由于电源ＶＳＳ的电压有可能存在不稳定的情况，因此在电源７８１５电压输入端加上两只稳压二极管，确保在电源电压瞬间跳变是不影响控制器的正常工作。从１５Ｖ输出分成两路，一路驱动两只７８Ｌ０５，产生５Ｖ的电压，因为他能够提供的电流是另一路的两倍，它给集成电路提供电源，这样做的优点是可以防止单片机等集成电路因电流不强而发热。另一路用来做转把、霍尔的输入电源和给放大器提供基准电压。

３控镧器转把输入部分电路的设计

电动自行车的调速常常是在手柄上安装一个光耦可调电阻，由手动实现的：在实验中用的是可调电阻。Ｋ点的电压ｕＫ值将随着可调电阻的位置变化而变化，向上调，ｕＫ值增大：向下调．Ｕｌ（减小。单片机将ｕＫ值采样后经Ａ／ＤＲ换后送到ＰＷＭ波占空比寄存器来决定ＰＷＭ波占空比。ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机有８个８位Ａ／Ｄ接口，这里只使用一个端口ｌｌＡ。作为速度采样端口，ＰＷＭ的输出周期是由定时器２的周期寄存器ＰＲ２的设置决定的。同时，也与器件频率和定时器２的预分频值有关。

．，４控制器驱动部分电路的设计

由于ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机使用的电源电压是ＶＳＳ，其Ｉ／ｏ端口输出输入的电压电流相对来说比较小，不能直接驱动功率器ｙ＠ＷＯＳＦＥＳ，因此需要根据ＰＩＣｌ６Ｆ７２单片机的特点设计出驱动电路。单片机ＰＩＣｌ８的信号作为上管驱动，单片机经过７４ＨＣ０８的信号Ｐ２作为下管，分别输入ｆＯＲ２１０３中去，通过ＩＯＲ２１０３把Ｉ／０端口的电流放大作为上管和下管驱动两部分。电路同为低电平或同为高电平 …… 此处隐藏：1606字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……