欧亚国际APP:一款无刷电机DIY设计方案

来源：欧亚体育官网 作者：欧亚体育官网登录|发布时间：2024-09-08 09:30:04

　　很早之前就想做一款无刷电机，忙于工作一直没有弄。最近有点时间画板，打样，焊接，调试，总算顺利的转起来。期间也遇到很多问题，上网查资料，自己量波形前前后后搞了差不多近一个月，（中间又出差一周）总算搞的差不多了，特意写个总结。 板子外观100*60mm 中等大小。DC12V输入，设计最大电流10A.（实际没试过那么大的电机，手头的电机也就5 6A的样子）硬件上可以切换有感（HALL）和无感(EMF)两种模式，外部滑动变阻器调速 预留有 PWM输入、刹车、正反转、USB和uart等接口。 先来说下原理无刷电机其实就是直流电机，和传统的DC电机是一样的，只是把有刷的电滑环变成了电子换向器。

　　当然难点就在如何获取当前转子的位置好换相，所以又分为两种有感和无感。 有感就是在电机端盖的部位加装霍尔传感器分别相隔30度或60度。无感就是靠检测悬浮相的感应电动势过零点（后面细讲）。 当然各有各的优缺点，有感在低速方面好，可以频繁启停换相。无感的结构简单成本低，航模上应用居多。 先说有感，电源首先被分成了3个绕组U V W这个交流电还是有区别的。 它只是3个h桥按一定的顺序导通模拟出来的，本质还是直流电。电机靠hall位置按一定顺序换相，转速与电压电流有关。这一点切记，不是换的越快转的越快。（位置决定换相时刻，电压决定转速）一般调速就是调电压，6步pwm方式是目前常用的。当然后续还有foc等更好算法。 硬件部分网上基本都是成熟的方案。三相H桥，H桥一般有上臂mos和下臂mos组成，如果只是简单的做演示上臂选pmos下臂选nmos控制电路简单直接用单片机的io就可以驱动。但是pmos低内阻的价格高。功率上面很难做大。

　　但是上臂用nmos存在一个问题vgs控制电压大与vcc 4v以上才能完全导通。为了简化电路采用了ir公司出的驱动ic，它内部有自举升压电路。外部仅需一个续流的二极管及储能电容即可。

　　当然控制方式上也就简单很多，三个霍尔接中断输入，在中断处理程序中根据组合状态换相，程序上也没什么复杂的。主程序 一直检测ad值，改变pwm占空比，及电流保护等。 如下一个典型的换相代码。STM32有两个高级定时器TIm1TIm8 可以输出4组互补型pwm，还可以设定死区时间等，使用上非常方便。

　　再说说无感模式，由于没有了霍尔，电机无法知道转子当前的位置所以就无法换相，而感应电动势也只有在转起来之后才有，所以无感模式的启动是个难点。一般方法都是分三段法：1 预定位 2 启动 3 进入闭环反馈 正如网友说的江湖一层纸，戳破不值半文钱。 1. 预定为就是强制给某一相通电一段时间，让电机定位到这个位置。占空比30-50%不要太大，可能会发热。 2. 启动，就是逐步的强制换相，当然要有个加速的过程，使电机转起来。 这个过程太慢会抖动反转，太快会丢步。参数需要一点点试，有点像控制步进电机。要能使电机转的能产生电动势，我也是参照的德国MK 电调的算法。 每次延时时间比上一次少1/25，形成一个加速的过程，直到电机完全转起来产生足够的电动势。 3. 闭环反馈控制换相跟有感差不多一样。

　　说到感应电动势很多人不明白，先来说说电流，电机线a为何电机不烧哪？ 其实电机线圈在通电的一瞬间并不是完全导通的，因为有反向电动感应势的存在，可能有-9.8v。10v-9.8v = 0.2v /0.2 = 1A.这样算起来电流还合理。 在说说那个初中学习的法拉第 ，当线圈切割磁场时会产生感应电动势，根据右手定则，初中物理知识。

　　如下图当ac相在通电12v的情况下，静止状态下正中间中性点理论为6v，但是转起来就不一定了，因为b相实际是在切割磁场，是会产生电动势的。而电动势的大小正负取决与当前在磁场ns极的位置。当切割ns时为-1，切割sn时为1，平行时为0.

　　利用这一特性不就刚好可以获得转子的位置吗？首先检测电路网上已经一大很成熟了。 如下图，当然很多时候需要在4.7k对地的电阻上并一个100nf的电容，做一个低通滤波。也可以在软件中做滤波处理。

　　我们所要做的就是检测这个悬浮相的电动势过零点。网上常用的两种方法：1 单片机ad采集；2比较器比较。我选择了比较器lm339价格已经很便宜了，在高速上比ad有明显优势，只要比较cin binain 与n点的压差即可获得零点。

　　理想很完美，现实很残酷，实际中根本得不到这么完美的波形。如下图，这个已经是比较好的了，还是有很多毛刺。这个给单片机中断，肯定一大堆问题，严重的换错相烧MOS管。

　　原理不深究了，反正时间很短，软件上做一个滤波消掉就可以了。 进入中断函数后做如下处理 ，定时器的中断我暂时用的20us。

　　至于网上说检测到过零点后，延时30度换相，对电源效率有影响。我试了下，好像没什么明显的差异。也有人说在大功率的电机下不延时反而更平滑等等。真实怎样有待各位实际实验了。 最后秀几张转起来的照片。

　　0 引言 伴随着城市化进程，人们生活的交通距离不断扩大，代替燃油汽车和自行车的电动车的普及大幅度的提高了电力资源的利用效率，促进了国民经济的健康发展。电动自行车以电力作动力，骑行中不产生污染，无损于空气质量。从改善人们的出行方式、保护环境和经济条件许可情况等因素综合来看，电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。电动自行车所用直流电机分为有刷电机和无刷电机两种。其中有刷电机控制较简单。但其易磨损的电刷带来维修保养工作量相对较大、使用寿命相对较短等缺点。而直流无刷电机本身没有易磨损部件，电机寿命长，维修保养工作量小。但直流无刷电机采用电子换向原理工作，其控制过程比有刷电机复杂得多，因此对质量的要求也高得多。

　　检测设计 /

　　电动车作为一种新型的代步工具，已经实实在在地被人民群众所接受。尤其是在当前油价飞涨、摩托车牌照发放受限，汽车的梦想可望而不可即的情况下，电动车越来越受到老百姓的青睐。在中国这样一个“自行车王国”，电动车的市场空间是值得期待的。业内人士预测，未来几年内，电动车的容量几乎相当于自行车的市场容量，全国4.5亿辆自行车用户中至少有3亿的用户将成为电动车的用户。随着电动车市场趋向成熟，无刷电机电动车逐渐占据了80%以上的市场份额，无刷电机也在不断的技术进步中被广大用户所喜爱，并且将会不断地推陈出新，以丰富的功能来适应市场的变化。 PSoC微处理器是美国赛普拉斯半导体公司推出的一种现场可编程片上系统。片内备有通用模拟和数字

　　上的应用 /

　　随着电力电子技术，新的永磁材料以及具有快速运算能力的DSP（数字信号处理器）的发展，直流无刷电机应用日益普及。直流无刷电机具有和直流电机相似的优良调速性能，又克服了直流电机采用机械式换向装置所引起的换向火花、可靠性低等缺点，且具有体积小、重量轻、效率高、电机的形状和尺寸灵活等优点，因此广泛应用在伺服系统、数控机床、电动车辆和家用电器各领域，成为现代伺服技术的主方向。 本文的主要内容是基于DSP芯片MC56F8323的直流无刷电机的硬件设计。主要包括电流环、速度位置环和IPM（智能功率模块）驱动电路的硬件设计。 2 系统设计 2.1 系统硬件框架设计 MC56F8323是FREESCALE（飞思卡尔）半

　　的硬件设计 /

　　解锁【W5500-EVB-Pico】，探秘以太网底层，得捷电子Follow me第4期来袭！

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