直流電機(jī)控制器可采用電機(jī)控制專用DSP(如TI 公司的TMS320C24X 系列、 AD 公司的ADMCxx 系列),也可采用單片機(jī)+直流電機(jī)控制專用集成電路的方 案(如摩托羅拉公司的第二代無(wú)刷直流電機(jī)控制專用集成電路MC33035) 。 前 者 集成度高，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的速度控制算法，但由于DSP 的價(jià)格高而不適合于小功率低成本的直流電機(jī)控制器。后者雖然運(yùn)算速度低，但 只要采用適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂扑惴ǎ�依然可以達(dá)到較高的控制精度，適合于小功率低成 本的直流電機(jī)控制器。 本節(jié)以TMS320F2812 為例，說(shuō)明無(wú)刷直流電機(jī)控制器的組成及設(shè)計(jì)原理。

TMS320F2812 是 TI 公司開(kāi)發(fā)的具有強(qiáng)大的控制和信號(hào)處理能力的32位定 點(diǎn) DSP 芯片。它可提供150 MIPS 的計(jì)算性能，有8J帶有流水線存儲(chǔ)訪問(wèn)的流 水線保護(hù)機(jī)制以及采用提高處理速度的流水線技術(shù)。該器件有片內(nèi)SRAM 和 RAM 存儲(chǔ)器，3個(gè)d立的32位CPU 定時(shí)器，2路SCI 接口，1路SPI 接口，56個(gè)d 立的編程的GPIO 引腳。它整合了事件管理器、Flash 存儲(chǔ)器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 CAN 模塊、正交編碼電路以及多通道緩沖串口等外設(shè)。事件管理器是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電 機(jī)控制的重要的模塊，可對(duì)電機(jī)實(shí)行多功能控制。每個(gè)事件管理模塊包括定時(shí)器、 比較器、捕捉單元、PWM 邏輯電路等。事件管理器 EVA 、EVB各有2個(gè)定時(shí)器， 定時(shí)器有產(chǎn)生PWM 波形，編程內(nèi)部或外部的輸入時(shí)鐘和為比較器、PWM 電路提 供基準(zhǔn)時(shí)鐘的作用。EVA,EVB 各有3個(gè)比較單元，它們主要控制DSP 的 PWM 輸出的占空比。PWM 電路可以輸出12路PWM 。事件管理器共有3個(gè)捕獲單 元，它們用來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。每個(gè)事件管理器都有一個(gè)正交編碼脈沖電路， 可以用它們算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度和方向信息。

TMS320F2812 采 用C/C++ 編程，它的C 編譯器功能齊全，可以利用該編譯 器將標(biāo)準(zhǔn)的ANSI C/C++程序轉(zhuǎn)換成DSP 的匯編代碼。對(duì)于要求高時(shí)和高精度 的系統(tǒng)，使用一些函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的浮點(diǎn)運(yùn)算，這樣比直接采用ANSIC 編寫(xiě)程序 速度上有明顯的提高，可獲得更好精度。

系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-3-2所示，可以看出基本上包括一個(gè)以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板，一塊配套的功率驅(qū)動(dòng)板和一臺(tái)無(wú)刷直流電機(jī)。實(shí)現(xiàn)的 主要功能是控制指令的接收和執(zhí)行，速度信號(hào)的接收和計(jì)算處理，電流采樣信號(hào)接 收和轉(zhuǎn)換，速度閉環(huán)和電流閉環(huán)控制算法的執(zhí)行等。

對(duì)電機(jī)的控制主要使用F2812 片上的兩個(gè)電機(jī)控制專用外設(shè)—EVA 和 EVB 。利用通用定時(shí)器 T1 配 合PWM 發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率器件所需的六路 PWM 信號(hào)，通過(guò)GPIO 接口將三路電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)輸入捕獲單元，從而獲取三個(gè)轉(zhuǎn)子的位置，進(jìn)而控制電機(jī)的換相和進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。兩個(gè)12位AD 模 塊對(duì)相電流信號(hào)Iphase 和輸人的速度調(diào)節(jié)電壓信號(hào)Vref進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，分別作 為電流環(huán)的反饋信號(hào)和速度環(huán)的參考信號(hào)。通過(guò)片上的通用輸入輸出接口 (GPIO), 實(shí)現(xiàn)與功率驅(qū)動(dòng)部分的連接，輸出起動(dòng)停止信號(hào)、正反轉(zhuǎn)信號(hào)、緊急制動(dòng) 信號(hào)等，同時(shí)接收輸入的保護(hù)信號(hào)、故障信號(hào)等。通過(guò)片上的SCI 模塊實(shí)現(xiàn)與計(jì)算 機(jī)的通信 ， 接收上位機(jī)的控制指令 。

控制部分硬件結(jié)構(gòu)如圖3-3-3所示。

功率驅(qū)動(dòng)部分的硬件電路，主要由前置驅(qū)動(dòng)芯片和六個(gè)功率MOSEFET 管組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制部分傳送過(guò)來(lái)的換相信息的處理和 PWM 信號(hào)的隔離放大，控制功 率 MOSFET 管的導(dǎo)通和關(guān)斷，以此來(lái)控制電機(jī)的工作狀態(tài)和速度。除此之外，還 有電源電路 ， 電流檢測(cè)電路 ， 過(guò)流保護(hù)和緊急制動(dòng)電路等輔助電路 ， 以及與電機(jī)和 控 制 板 的 接 口 電 路 。

前置驅(qū)動(dòng)芯片采用的是IR 公司的MOSFET 驅(qū)動(dòng)芯片 IR2131,具有集成度 高、可靠性好、速度快、過(guò)流欠壓保護(hù)、調(diào)試方便等特點(diǎn)。 IR2131 內(nèi) 部 設(shè) 計(jì) 有 過(guò) 流 、 過(guò)壓及欠壓保護(hù)。

功率驅(qū)動(dòng)電路采用24V 供電，驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)的連接采用三相全橋方式，電 機(jī)工作在三相六狀態(tài)模式下。以任 一 時(shí)刻電機(jī)只有兩相導(dǎo)通的方式來(lái)控制換流元 件 。PWM 調(diào)制的方式是軟斬波方式，即導(dǎo)通時(shí)下橋臂功率管始終保持開(kāi)狀態(tài)，上 橋臂功率管的開(kāi)關(guān)由PWM 信號(hào)決定。功率開(kāi)關(guān)管采用HITACHI 公司的集成功 率開(kāi)關(guān)器件6AM15,其內(nèi)部集成3個(gè)N 型MOSFET 管和P 型 MOSFET 管，構(gòu)成 三相全橋功率開(kāi)關(guān)電路。與采用六個(gè)分立MOSFET 管相比，有利于提高集成度， 減少電路板面積，增加可靠性。每個(gè)MOSFET管自帶超快恢復(fù)二極管，在MOSFET 管關(guān)閉期間起反向續(xù)流作用。

功率驅(qū)動(dòng)部分電路框圖如圖3 - 3 - 4所示。

在此控制方案中，霍爾傳感器的信號(hào)加到TMS320F2812 的 捕 獲 單 元 端 。 將 捕 獲 端 設(shè) 置 為I/O 口，然后采集捕獲單元的電位情況。根據(jù)捕獲單元的電位情況 可以判斷電機(jī)處于那個(gè)區(qū)間。根據(jù)兩次捕獲的時(shí)間可以計(jì)算出電機(jī)運(yùn)行速度。