本應(yīng)用筆記介紹了用作三相霍爾傳感器無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)器的Z16FMC微控制器。該微控制器具有使用多電機(jī)開(kāi)發(fā)套件的片上集成應(yīng)用程序陣列，該套件可提供快速而精確的故障控制，以及高系統(tǒng)效率和易于定制的應(yīng)用程序固件開(kāi)發(fā)。

圖1三相霍爾傳感器BLDC電機(jī)控制器的外觀概述。

硬體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)涉及以閉環(huán)或開(kāi)環(huán)方式運(yùn)行BLDC電動(dòng)機(jī)，其速度由電位計(jì)設(shè)置。如架構(gòu)圖所示，該設(shè)計(jì)通過(guò)Z16FMC微控制器PWM模塊生成PWM電壓，以運(yùn)行BLDC電機(jī)。顯示器運(yùn)行時(shí)，三個(gè)霍爾傳感器的狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化。根據(jù)傳感器的狀態(tài)（換向）切換三相的電壓?；魻杺鞲衅髅?0度中斷一次捕獲計(jì)時(shí)器刻度，以測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。在電流過(guò)載，欠壓或過(guò)壓以及溫度過(guò)高的情況下，可以使用其他外圍功能來(lái)保護(hù)系統(tǒng)。以下各節(jié)介紹了硬件。

三相橋式MOSFET

三相橋式MOSFET由六個(gè)以橋式連接的MOSFET組成，用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的三相。直流母線保持在24 V，這與BLDC電機(jī)的額定電壓相同。每個(gè)高端和低端MOSFET相對(duì)都使用單獨(dú)的Hi-Lo柵極驅(qū)動(dòng)器，從而使硬件設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，更可靠。自舉電容器充電會(huì)驅(qū)動(dòng)高端MOSFET。使用分壓器將其降低至合適的值可監(jiān)控直流母線電壓，在直流回路中并聯(lián)一個(gè)分流器可監(jiān)控直流母線電流。NTC型溫度傳感器提供與溫度成正比的模擬電壓輸出。

PWM模塊

Z16FMC微控制器包含一個(gè)在此應(yīng)用中配置為以互補(bǔ)模式運(yùn)行的6通道，12位PWM模塊。開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為20 kHz。PWM輸出根據(jù)霍爾傳感器的輸入進(jìn)行控制。霍爾傳感器的輸入確定了三相橋式MOSFET的開(kāi)關(guān)順序。PWM的占空比與加速器電位計(jì)輸入成正比。占空比的變化控制通過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流，從而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。

換向邏輯

霍爾傳感器連接到Z16FMC微控制器上的端口PD3，PD4和PD5。當(dāng)任何引腳上的輸入狀態(tài)更改時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。中斷服務(wù)程序檢查所有三個(gè)引腳的狀態(tài)，并相應(yīng)地切換電動(dòng)機(jī)三相的電壓。梯形換向用于該應(yīng)用，以簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)。在此換向過(guò)程中，通過(guò)將一個(gè)相的頂部MOSFET和另一相的底部MOSFET導(dǎo)通，將任意兩相連接到整個(gè)DC總線。第三階段不通電（該階段的頂部和底部MOSFET均關(guān)斷）。

速度測(cè)量

使用三個(gè)霍爾傳感器中的一個(gè)來(lái)捕獲Timer0滴答，該滴答代表用于閉環(huán)計(jì)算的實(shí)際霍爾周期。

軟件實(shí)施

在軟件的實(shí)施過(guò)程中，將執(zhí)行以下操作：初始化初始化硬件模塊以實(shí)現(xiàn)以下功能。

從內(nèi)部振蕩器切換到外部振蕩器以進(jìn)行系統(tǒng)操作

在ADC，比較器和UART的相應(yīng)引腳上啟用備用功能，并驅(qū)動(dòng)LED

配置Timer0在連續(xù)模式下運(yùn)行以捕獲霍爾周期時(shí)序

配置比較器以在產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)關(guān)閉PWM模塊

使能運(yùn)算放大器以測(cè)量流到電動(dòng)機(jī)的DC總線電流

配置ADC以讀取模擬值，例如DC總線電壓，電流，溫度和加速電位計(jì)（一次僅一個(gè)通道）

將PWM模塊配置為具有20 kHz開(kāi)關(guān)頻率的單獨(dú)操作模式，根據(jù)PWMOUT寄存器中的值控制輸出，并在上電復(fù)位和任何復(fù)位時(shí)將PWMOUT默認(rèn)驅(qū)動(dòng)為低斷開(kāi)狀態(tài)。

打斷

端口D中斷控制換向?；魻杺鞲衅鬏敵鲈谝_PD3：5上讀取，軟件執(zhí)行其濾波操作，并確定MOSFET的開(kāi)關(guān)順序。PWM定時(shí)器中斷用于計(jì)時(shí)周期性發(fā)生的任務(wù)，并用于后臺(tái)循環(huán)從不同通道讀取模擬值并對(duì)這些值求平均，更新LED指示燈狀態(tài)，并更新UART上的讀取參數(shù)。

編輯：hfy