專(zhuān)利名稱(chēng)：基于dsp的直流電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)控制器，尤其是應(yīng)用DSP芯片的直流電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，并且 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，因此它廣泛運(yùn)用在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療器械、儀 器儀表、化工、輕紡以及家用電器等。 對(duì)于直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的控制，在對(duì)功能要求不高的場(chǎng)合，一般控制核心會(huì)選擇 MC33035這樣的專(zhuān)用電機(jī)控制器，它幾乎涵蓋了控制直流電機(jī)所需的全部功能，而且所有的 控制功能都是通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，而無(wú)需軟件編程，但也正因?yàn)樗鼰o(wú)法植入外加的軟件程序， 帶來(lái)的局限性便是無(wú)法進(jìn)行功能的再擴(kuò)展。所以在需要更多功能的直流電機(jī)控制控制器 中，便會(huì)使用數(shù)字信號(hào)處理器DSP作為控制核心。 目前DSP多數(shù)采用的是TI公司生產(chǎn)的TMS320C28x系列的控制芯片，它既具有數(shù) 字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的時(shí)間管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數(shù)據(jù) 處理的測(cè)控場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化控制、電力電子技術(shù)應(yīng)用、智能化儀器儀表及電機(jī)、馬達(dá)伺 服控制控制器等。 目前大功率(千瓦級(jí))、高轉(zhuǎn)速( 一萬(wàn)轉(zhuǎn)以上)的直流電機(jī)控制控制器相對(duì)缺乏， 因此本實(shí)用新型主要針對(duì)大功率、高轉(zhuǎn)速直流電機(jī)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于大功率，高轉(zhuǎn)速的直流電機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)快 速剎車(chē)，控制停止位置，并且轉(zhuǎn)速誤差小，控制精度高，控制器安全穩(wěn)定的基于DSP的直流 電機(jī)控制器及其控制方法。 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于DSP的直流電機(jī)控制器，包括控制、驅(qū)動(dòng)、顯 示及電源板四部分，每部分之間通過(guò)信號(hào)線連接并通過(guò)光耦隔離； 控制部分包括DSP組件和微處理器組件； 驅(qū)動(dòng)部分包括直流電機(jī)控制芯片和多個(gè)IGBT，直流電機(jī)控制芯片的傳感器輸入腳 與電機(jī)的位置傳感器的輸出連接，直流電機(jī)控制芯片的輸出與IGBT直接或者通過(guò)IGBT驅(qū) 動(dòng)器連接； 電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路分別送至控 制部分的DSP組件和微處理器組件； 顯示部分為多個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管與控制部分相連； 電源板上包括300V、15V、9V、5V四組電源。300V電源與直流電機(jī)相連，15V和5V 與驅(qū)動(dòng)部分相連，9V電源與控制部分相連。 所述DSP組件包括含有DSP芯片的主板、D/A轉(zhuǎn)換芯片，接口芯片、運(yùn)算放大器，以 及光耦、電阻、電容、電感等基本電路元件；
3[0014] DSP芯片的一個(gè)輸出端口與D/A轉(zhuǎn)換芯片相連，D/A轉(zhuǎn)換芯片的一個(gè)輸出端口通過(guò) 一個(gè)運(yùn)算放大器與驅(qū)動(dòng)部分中直流電機(jī)控制芯片的誤差信號(hào)放大器同向輸入端相連； 電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路送至DSP芯片 的一個(gè)輸入端口； DSP組件與外部信號(hào)之間的連接全部通過(guò)光耦隔離。 所述的微處理器組件包括微處理器、鍵盤(pán)、數(shù)碼管、數(shù)字邏輯電路，以及電阻、電容 等基本電路元件； 電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路送至微處理 器的計(jì)數(shù)端； 微處理器經(jīng)過(guò)電阻和三級(jí)管與顯示部分的多個(gè)數(shù)碼管連接； 微處理器還與鍵盤(pán)連接，并且微處理器與DSP芯片經(jīng)光藕隔離后通過(guò)串行口連 接。 所述電源板上5V部分用兩個(gè)三端穩(wěn)壓集成電路7805轉(zhuǎn)換出兩個(gè)5V，兩個(gè)5V相互
間隔離，分別對(duì)含有DSP芯片的主板和驅(qū)動(dòng)部分其他組件供電。 DSP芯片通過(guò)485總線與計(jì)算機(jī)相連，并且通過(guò)高速光耦隔離。 本實(shí)用新型采用DSP (數(shù)字信號(hào)處理)芯片和專(zhuān)用電機(jī)控制芯片兩者聯(lián)合控制，這
樣的組合原因有以下三個(gè) 首先是本實(shí)用新型基于DSP的直流電機(jī)控制器功能的定位?？刂破髟谕瓿蓪?duì)電機(jī) 轉(zhuǎn)速控制的同時(shí)，也希望控制器能夠盡可能的智能化，因此設(shè)計(jì)了兩種控制方式遠(yuǎn)程控制 (通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電機(jī)工作狀態(tài))和手動(dòng)調(diào)節(jié)(在電機(jī)控制器上調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速)。遠(yuǎn)程控 制，目前工業(yè)應(yīng)用較多的是485總線，在廠區(qū)中485總線網(wǎng)絡(luò)比較普遍。若本控制控制器也 需要走485總線的話，則必然要通過(guò)通信模式來(lái)實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，單一的專(zhuān)用 電機(jī)控制芯片無(wú)法完成此功能。另外，本控制器設(shè)計(jì)控制的是高速和功率較大的電機(jī)，在電 機(jī)工作過(guò)程中，還需啟動(dòng)附加的配套設(shè)備以保護(hù)電機(jī)的工作安全，如啟動(dòng)冷卻裝置，報(bào)警機(jī) 制等。因此必須加上微處理器才能實(shí)現(xiàn)這一系列的功能。 其次，專(zhuān)用的電機(jī)控制芯片只能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)控制，控制精度無(wú)法保障， 更無(wú)法加入其它的控制算法。開(kāi)環(huán)控制在轉(zhuǎn)速精度有較高要求的場(chǎng)合是不能夠達(dá)到要求 的。 最后，純粹的DSP控制。純粹的DSP控制在算法操作上更簡(jiǎn)單，硬件電路制做也不 復(fù)雜，但是要將數(shù)字電路與模擬電路很好地匹配起來(lái)卻有一定的難度。DSP的工作電壓一般 是3. 3V，而模擬電路一般至少是5V供電，因此需要進(jìn)行電平匹配。DSP是數(shù)字電路，管腳的 驅(qū)動(dòng)能力都較小。在需要較大驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，通常都要外加增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的電路。DSP的抗干 擾能力較弱，在工業(yè)應(yīng)用中，外界的強(qiáng)電不僅會(huì)影響DSP的正常工作，還會(huì)損壞DSP。 電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制算法目前有很多，而且也在不斷地改進(jìn)，在理論上這些算法是完 全可行，而且應(yīng)該能夠達(dá)到很好的控制效果。應(yīng)用于實(shí)際電路中，對(duì)電路制作要求較高，對(duì) 電機(jī)本身也有要求。如果電機(jī)的質(zhì)量不夠理想，就會(huì)影響控制效果。 綜合以上各因素，同時(shí)也考慮適應(yīng)5-10kw的每個(gè)電機(jī)本身差別，因此選擇了 DSP+ 專(zhuān)用直流電機(jī)的控制方案。綜合DSP的智能與專(zhuān)用控制芯片在電路上的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)本控制 器所需的各項(xiàng)功能。[0029] 本實(shí)用新型控制器設(shè)計(jì)時(shí)為方便用戶操作設(shè)計(jì)了通信和JOG(手動(dòng))兩種模式。有 電腦時(shí)，用戶可以使用通信模式；沒(méi)有電腦時(shí)，也可以通過(guò)JOG模式設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 通信模式在通信模式下，控制器通過(guò)485總線與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)將用戶的操 作指令通過(guò)485總線傳遞給控制器，同時(shí)控制器將電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況也通過(guò)485總線反饋給 計(jì)算機(jī)，通信模式使用戶在電腦前就可以方便地對(duì)電機(jī)進(jìn)行操作，設(shè)置電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、加 速度以及顯示電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速等。 JOG模式在JOG模式下，電機(jī)參數(shù)的設(shè)置不再對(duì)用戶開(kāi)放，但是控制器設(shè)計(jì)了一 個(gè)對(duì)外的鍵盤(pán)，用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)控制器設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)速表，用戶 可直觀看到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 本實(shí)用新型基于DSP的直流電機(jī)控制器具有控制精度高，帶載時(shí)保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定， 電腦和手動(dòng)兩種模式控制，定點(diǎn)剎車(chē)，防止過(guò)沖，并且控制器內(nèi)設(shè)計(jì)有可靠的光電隔離以及 完善的各種電機(jī)保護(hù)功能。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一[0034]


圖1為本實(shí)用新型原理框圖；圖2為5V電源電路原理圖；圖3為D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型通信連接部分電路原理示意圖；圖5為DSP外部管腳連接電路圖；圖6為本實(shí)用新型站點(diǎn)號(hào)設(shè)置原理原理圖；圖7為AT89S52外部連接電路圖；圖8為電源原理電路；圖9為l倍頻電路原理圖；圖IO為顯示部分電路原理圖；
圖11為驅(qū)動(dòng)部分電路原理圖；
圖12為MC33035管腳排列圖;
圖13為過(guò)流檢測(cè)電路原理圖。
具體實(shí)施方式參見(jiàn)
圖1。 一種基于DSP的直流電機(jī)控制器，包括控制、驅(qū)動(dòng)、顯示及電源板四部 分，每部分之間通過(guò)信號(hào)線連接并通過(guò)光耦隔離；控制部分包括DSP組件和微處理器組件； 驅(qū)動(dòng)部分包括直流電機(jī)控制芯片和多個(gè)IGBT，直流電機(jī)控制芯片的傳感器輸入腳與電機(jī)的 位置傳感器的輸出連接，直流電機(jī)控制芯片的輸出與IGBT直接或者通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)器連接； 電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路分別送至控制部分的 DSP組件和微處理器組件；顯示部分為多個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管與控制部分相連；電源板上包括 300V、15V、9V、5V四組電源。300V電源與直流電機(jī)相連，15V和5V與驅(qū)動(dòng)部分相連，9V電源 與控制部分相連。 控制部分中DSP組件包括含有DSP芯片的主板、D/A轉(zhuǎn)換芯片(TLV5616)，接口芯
5片(MAX485)，運(yùn)算放大器(LM358)等主要器件，以及光耦、電阻和電容等基本器件。DSP芯片選擇TMS320F2812，本實(shí)用新型使用的是一塊ICETEK-2812-B開(kāi)發(fā)板， ICETEK-2812-B板除了帶TMS320F2812，還有一顆電源管理芯片，可將外接5V轉(zhuǎn)為3. 3V和 1. 8V供電，然后另制一塊電路板將DSP芯片的所有引腳引出來(lái)，以開(kāi)發(fā)控制器所需的功能， DSP外部管腳連接電路參見(jiàn)圖5。 如圖2所示，控制部分從電源板獲取9V電源，然后再用兩個(gè)7805轉(zhuǎn)換出兩個(gè)5V， 一個(gè)給ICETEK-2812-B板供電，另一個(gè)給其他與外部連接的元件如MAX485、 TLP521等以及 AT89S52控制板供電，兩個(gè)5V相互間隔離，以確保DSP芯片與外界隔離，兩個(gè)地之間用電感 相連。這樣設(shè)置是由于DSP芯片受到強(qiáng)電沖擊會(huì)造成損壞，因此需要與外界隔離。 DSP需輸出一個(gè)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬電壓量給驅(qū)動(dòng)部分。利用TMS320F2812的一 個(gè)GPIO 口輸出一個(gè)控制電壓大小的數(shù)字量，然后用D/A將此數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電壓量加載 到直流電機(jī)控制芯片。 如圖3，D/A選用的是TLV5616，將DSP的一個(gè)GPIO 口 SPISIMOA與D/A的1腳DIN 相連，TLV5616需要的時(shí)鐘信號(hào)也由DSP的GPIO端的時(shí)鐘信號(hào)提供。TLV5616的供電電壓 是3. 3V，而TLV5616的參考電壓則由兩個(gè)電阻從供電電壓3. 3V處分壓，圖3中的參考電壓
，8
F艦=3.3"^^ = 1.狀，因此D/A的最大輸出電壓《VKEF = 1. 4V。 最大為1.4V的輸出電壓太低，加在直流電機(jī)控制芯片上調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓大 約在IV 2. 5V之間，電壓越大，轉(zhuǎn)速越大。因此在D/A的輸出后面加了一級(jí)運(yùn)放，這里用 雙運(yùn)放LM358(U16)內(nèi)部的一個(gè)運(yùn)放將DA的輸出電壓進(jìn)行放大，即U16中管腳1輸出的是 經(jīng)放大后的電壓量。 關(guān)于隔離光耦，這里采用了 TLP521-2(內(nèi)部集成兩顆單光耦，具有相同的特性)， 其前后分別加一級(jí)運(yùn)放，由此組成的電路可以代替線性光耦，表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。 如圖4， TMS320F2812與計(jì)算機(jī)之間的通信通過(guò)485總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。用MAX485對(duì)RXD 和TXD兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以適合485總線傳輸。為不影響通信速率，此處隔離使用了 兩顆高速光耦6N137。 6N137的開(kāi)關(guān)速度是45ns，對(duì)于9600或者19200的通信速率來(lái)說(shuō)，此 開(kāi)關(guān)速度不會(huì)成為提高通信速率的瓶頸。 本控制器支持多站點(diǎn)控制，即在PC上的可以控制多個(gè)電機(jī)調(diào)速器，總線式的控制 方式要求每個(gè)站點(diǎn)都提供一個(gè)站點(diǎn)號(hào)，使得控制中心在廣播控制指令時(shí)可以傳到相應(yīng)的站 點(diǎn)。故在DSP控制部分還放置了一個(gè)撥碼盤(pán)，以便為自己設(shè)定一個(gè)站點(diǎn)號(hào)，如圖6所示。 在DSP與驅(qū)動(dòng)部分連接時(shí)，輸入信號(hào)是從驅(qū)動(dòng)部分獲取的過(guò)流報(bào)警信號(hào)；而輸出 則是給驅(qū)動(dòng)部分的啟動(dòng)/停止和剎車(chē)信號(hào)。這里信號(hào)的連接處都用光耦TLP521隔離，以保 護(hù)控制器工作安全。 微處理器組件中使用的微處理器為AT89S52，用其控制數(shù)碼管顯示、LED顯示、掃 描鍵盤(pán)、檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速等。在手動(dòng)模式時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由鍵盤(pán)設(shè)定，用AT89S52來(lái)讀取此設(shè) 定的轉(zhuǎn)速值，然后據(jù)此給出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。AT89S52外圍電路如圖7所示Y1與C7、 C8組成AT89S52的晶振，Yl是12MHz的
晶振，由此構(gòu)成的AT89S52的主頻是12腿z， RS1和RS2都是上拉電阻，阻值是IOK。 選擇有三個(gè)定時(shí)器的AT89S52是因?yàn)楸究刂破餍枰齻€(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中一個(gè)用作通信(與DSP控制部分通過(guò)通信方式傳遞指令)；一個(gè)作為計(jì)數(shù)器用(測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速)， 記錄脈沖個(gè)數(shù)；另一個(gè)是操作控制器的控制器定時(shí)器，驅(qū)動(dòng)整個(gè)架構(gòu)。 轉(zhuǎn)速檢測(cè)是從電機(jī)的霍爾傳感器處獲取轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。當(dāng)?shù)退贂r(shí)，例如電機(jī)轉(zhuǎn)速 為500轉(zhuǎn)/分時(shí)，霍爾處輸出的轉(zhuǎn)速脈沖頻率約為8，產(chǎn)生的脈沖數(shù)太少，影響CPU的采樣精 度。故將從霍爾傳感器處輸出的脈沖信號(hào)倍頻后再輸出給AT89S52和DSP測(cè)速。 1倍頻電路如圖9所示從霍爾傳感器進(jìn)來(lái)的脈沖信號(hào)首先用光耦TLP521隔離， 隔離后的信號(hào)送至雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123，用轉(zhuǎn)速脈沖的上跳變和下跳變分別觸發(fā)一脈 沖，將觸發(fā)后輸出的兩組負(fù)脈沖送至邏輯與門(mén)電路74LS11,原始的轉(zhuǎn)速脈沖的跳邊就被檢 測(cè)出來(lái)了 。檢測(cè)后得到的的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)分別送至DSP控制板和AT89S52處。用AT89S52 的計(jì)數(shù)端Tl來(lái)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)后得到的數(shù)值除以2便是電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 顯示部分始終顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，用六個(gè)數(shù)碼管可顯示的電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為999999轉(zhuǎn)， 即可顯示20萬(wàn)轉(zhuǎn)以下的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 數(shù)碼管連接如
圖10所示顯示采用并行方式，由AT89S52的P2 口控制數(shù)碼管的點(diǎn) 亮順序，P1 口輸送數(shù)據(jù)。電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集和處理都由AT89S52完成，即數(shù)碼管上顯示的轉(zhuǎn) 速是由AT89S52計(jì)算得來(lái)的，而不是由DSP控制的。故在本控制器中，在PC上看到的電機(jī) 轉(zhuǎn)速與在控制控制器內(nèi)部看到的轉(zhuǎn)速是由DSP和89S52分別處理的，但他們使用了相同的 信號(hào)源(轉(zhuǎn)速脈沖)。轉(zhuǎn)速是通過(guò)AT89S52控制板上的鍵盤(pán)輸入的。采用的是3x4的鍵盤(pán)，AT89S52掃描
鍵盤(pán)的鍵值，然后根據(jù)此鍵值確定輸入的轉(zhuǎn)速，并將此轉(zhuǎn)速通過(guò)串行口傳給DSP控制部分，
最后由DSP根據(jù)此轉(zhuǎn)速給出控制信號(hào)。在這里，DSP對(duì)轉(zhuǎn)速的控制過(guò)程與PC給出轉(zhuǎn)速信號(hào)
時(shí)是相同的。本控制器使用鍵盤(pán)而不是電位器(輸入模擬量后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量)來(lái)
輸入轉(zhuǎn)速，是為了避免模擬信號(hào)由于抖動(dòng)帶來(lái)的漂移，而影響控制精度。AT89S52與TMS320F2812之間的信息的傳遞都是通過(guò)串行口完成的，兩個(gè)串行口
連接時(shí)用光耦TLP521隔離，以避免兩塊板之間電信號(hào)的相互影響，保護(hù)控制器。 驅(qū)動(dòng)部分原理如圖ll所示。直流電機(jī)控制芯片選用MC33035。為使電機(jī)正常轉(zhuǎn)
動(dòng)，提供給電機(jī)各項(xiàng)繞組的電流必須要進(jìn)行正確的換相。因此驅(qū)動(dòng)部分除了要提供足夠的
驅(qū)動(dòng)電流外，所提供的電流還要進(jìn)行正確的換相。驅(qū)動(dòng)部分提供驅(qū)動(dòng)電流的是具有較大功
率的6個(gè)IGBT，他們除了為電機(jī)提供足夠的電流外，通過(guò)控制IGBT的開(kāi)關(guān)，來(lái)控制電機(jī)的換
相，而IGBT的開(kāi)關(guān)則是由MC33035控制的。轉(zhuǎn)速是整個(gè)控制器控制的核心，雖然下達(dá)轉(zhuǎn)速
指令的是控制部分的DSP，但是直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的則是驅(qū)動(dòng)部分的MC33035。 MC33035的管腳排列如
圖12。 MC33035的11腳(誤差信號(hào)放大器同向輸入端)
接受來(lái)自控制部分的轉(zhuǎn)速控制電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的輸出脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
MC33035是專(zhuān)用的無(wú)刷直流電機(jī)控制芯片，用MC33035來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使控制核心DSP避
免了復(fù)雜的運(yùn)算，可以騰出CPU時(shí)間來(lái)擴(kuò)展其他的輔助功能，提高整個(gè)調(diào)速控制器的智能
化水平。 將MC33035的三個(gè)傳感器輸入腳與電機(jī)的位置傳感器(即霍爾傳感器)的輸出相 連。通過(guò)檢測(cè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)獲得正確的轉(zhuǎn)子位置信息，從而為控制器提供高端和 低端驅(qū)動(dòng)輸入的正確時(shí)序。本控制器控制的電機(jī)工作在120度方式下，其三個(gè)傳感器輸入 有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無(wú)效。通過(guò)六
7個(gè)有效輸入編碼可使譯碼器在使用120度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。 MC33035的三個(gè)傳感器輸入腳電路內(nèi)含上拉電阻，其輸入與門(mén)限典型值為2. 2V的 TTL電平兼容，因此電路中直接將其與集電極開(kāi)路的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)相連接。 控制器設(shè)計(jì)控制的電機(jī)功率是5kw，給電機(jī)的供電電壓是300V直流電，則驅(qū)動(dòng)電 流應(yīng)大于等于20A?？刂破髟O(shè)計(jì)時(shí)選擇的是IR公司的IRGP50B60PD，之所以選擇IGBT作 為驅(qū)動(dòng)器件，是因?yàn)镮GBT具有優(yōu)越的通態(tài)特性，又具有諸如易于驅(qū)動(dòng)，寬的SOA(安全工 作區(qū))，峰值電流容量大及高可靠性等特點(diǎn)。IRGP50B60PD的最大輸出電流可達(dá)50A，耐壓 600V，同時(shí)它還具有很高的切換頻率150kHz，對(duì)于驅(qū)動(dòng)5-10萬(wàn)轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，此款I(lǐng)GBT不 會(huì)成為驅(qū)動(dòng)的瓶頸。 MC33035的三個(gè)頂部驅(qū)動(dòng)輸出AT、BT、CT的驅(qū)動(dòng)電流是50mA，三個(gè)底部驅(qū)動(dòng)輸出AB、 BB、 CB的驅(qū)動(dòng)電流是100mA，不足以驅(qū)動(dòng)大功率的IGBT。所以在MC33035與IGBT之間加了 一級(jí)IGBT的DriverlR2183。 IR2183作為專(zhuān)用的IGBT的Driver,它的驅(qū)動(dòng)電流至少可達(dá) 1. 4A。 將MC33035的頂部輸出與IR2183的邏輯低端輸入相連，而底部輸出則與邏輯高端 輸入相連。這是由于IR2183接受的是負(fù)邏輯，將頂部與低端連，底部與高端連，邏輯關(guān)系正 好相符，省去了反向器。將一顆100Q的電阻與開(kāi)關(guān)二極管4148并聯(lián)后串在IR2183的兩 個(gè)輸出腳(HO、LO)上，是為了防止IGBT處的電流倒灌進(jìn)IR2183。 MC33035是專(zhuān)用的無(wú)刷直流電機(jī)控制芯片，它集成了三相直流電機(jī)控制所需要的 全部功能。本控制器的控制核心雖然是DSP，但是在配合使用MC33035后，更加完善了控制 器的控制功能。 MC33035集成有啟動(dòng)/停止、馬達(dá)剎車(chē)、故障輸出、過(guò)流檢測(cè)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速控制等 功能。為盡可能地提高電機(jī)的安全性能，控制器充分利用了 MC33035的所有功能。 啟動(dòng)/停止MC33035的7腳是輸出使能管腳，當(dāng)該腳為高電平時(shí)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 在MC33035內(nèi)部，該管腳內(nèi)部有為它提供電流源，因此外部只需給它提供一個(gè)邏輯高電平， 即可開(kāi)啟驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出管腳?？刂破髟诳刂撇糠钟肈SP的一個(gè)GPI0腳直接控制MC33035 的7腳，只需在控制部分給出一個(gè)高電平信號(hào)，即可啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分。 馬達(dá)剎車(chē)與啟動(dòng)/停止類(lèi)似，剎車(chē)是由MC33035的23腳控制的，當(dāng)該管腳為低電 平時(shí)，輸出允許，當(dāng)該管腳從低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，則會(huì)使電機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因此將此管 腳用作剎車(chē)功能。如需剎車(chē)時(shí)，只需給該管腳一個(gè)邏輯高電平信號(hào)，同樣用DSP的一個(gè)GPIO 腳來(lái)控制該管腳。 故障輸出MC33035的14腳是故障輸出腳，該管腳是MC33035工作時(shí)，檢測(cè)到一些 錯(cuò)誤時(shí)，便會(huì)輸出低電平；而正常工作時(shí)，該管腳為高電平。常見(jiàn)的錯(cuò)誤有無(wú)效的傳感器輸 入碼，電流檢測(cè)超過(guò)100mV，低電壓鎖定或熱關(guān)斷等等。通常情況下，三個(gè)傳感器輸入如果 沒(méi)有連上霍爾傳感器(即MC33035檢測(cè)到無(wú)效的傳感器輸入碼)，該管腳就會(huì)輸出一個(gè)低 電平；而當(dāng)MC33035本身出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，該管腳也會(huì)立即輸出低電平。為了便于觀察MC33035 是否在正常工作，在該管腳的輸出端接了一個(gè)發(fā)光二極管，將該管腳與發(fā)光二極管的負(fù)端 相連，發(fā)光二極管的正端接電源。當(dāng)14腳輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮。 過(guò)電流檢測(cè)通常電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，或者電機(jī)過(guò)載時(shí)電流會(huì)過(guò)大。電流過(guò)大會(huì)直接損壞 電機(jī)，因此在電機(jī)運(yùn)行期間，必須實(shí)時(shí)檢測(cè)從電機(jī)處反饋回來(lái)的電流。MC33035的9腳是電
8流檢測(cè)同向輸入端，而15腳則接在負(fù)端上。如果將15腳接地，9腳上的電壓只要超過(guò)100mV 即可中斷MC33035的輸出。 過(guò)流檢測(cè)電路如
圖13所示，從IGBT處采集電流信號(hào)，串聯(lián)一電阻R28后，將此電 流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，接在比較器LM358的同向輸入端，與負(fù)端的參考電壓(根據(jù)電機(jī)的 性能設(shè)置的安全工作電壓)比較。正常工作時(shí)，比較器輸出低電平，而電流過(guò)大時(shí)，正向電 壓大于負(fù)向電壓(安全工作電壓)，比較器輸出1，圖中三極管8550就輸出1。因此過(guò)流信 號(hào)可從三極管8550的輸出端得到，O表示正常工作，1表示過(guò)載。 正反轉(zhuǎn)通過(guò)改變MC33035的3腳的高低電平可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，本控制器設(shè) 計(jì)時(shí)控制的電機(jī)的轉(zhuǎn)向是固定的，因此將3腳直接接地。 轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制是整個(gè)控制控制器最核心的功能。通過(guò)改變加在MC33035的 8腳上的電壓可以改變輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，以改變IGBT導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，從而控制電機(jī) 的轉(zhuǎn)速。本控制器中此轉(zhuǎn)速控制電壓是從控制部分過(guò)來(lái)的，即通過(guò)DSP來(lái)控制加載在8腳 上的電壓，以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 控制部分、驅(qū)動(dòng)部分以及供給電機(jī)的電源都由電源板提供，電源板上一共提供了 300V、15V、9V、5V四組電源。其中300V是直流電機(jī)的供電電源，供電電流20A ;15V禾P 5V是 給驅(qū)動(dòng)部分的電源；9V是給控制部分的。 電源部分原理如圖8所示。直流電機(jī)需要的是300V/20A的直流電壓，因此在電源 板上制作了 一個(gè)300V/20A的直流電源。將220V交流電經(jīng)過(guò)整流以后，變成300V左右的直 流電，通過(guò)整流橋整流后的直流電中含有很多諧波成分，需進(jìn)行濾波。 將整流以后未經(jīng)處理的含有很多諧波成分的直流電先接上一個(gè)保險(xiǎn)絲，然后用RC 濾波器濾波。因?yàn)?00V電壓較高，若將300V直接加在從未充過(guò)電的電容上，由于電容兩端 的電壓不能躍變而使300V電壓瞬間短路。所以上電瞬間，在電源進(jìn)來(lái)的地方加了一限流電 阻，等電容充電一段時(shí)間，接近飽和后再去掉限流電阻。 用一個(gè)555來(lái)做延時(shí)電路，延時(shí)時(shí)間可以通過(guò)改變R和C的值來(lái)調(diào)整。剛上電時(shí)， 流過(guò)限流電阻R1的電流很大，R1發(fā)熱，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電容充電達(dá)到飽和，電阻R1兩端電 壓穩(wěn)定后，溫度開(kāi)始下降，此時(shí)便可將R1短路。因此延時(shí)時(shí)間由充電時(shí)間決定，本電路中設(shè) 置的延時(shí)時(shí)間在30s-60s之間。通過(guò)兩個(gè)繼電器來(lái)短路R1，圖8中第一個(gè)繼電器JO由555 控制，然后用繼電器J0來(lái)控制繼電器J1。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，當(dāng)555輸出由高電平變?yōu)榈碗?平時(shí)，繼電器JO閉合，JO的8腳變?yōu)楦唠娖?，使繼電器Jl閉合，開(kāi)關(guān)合上，將Rl短路，使輸 出電壓穩(wěn)定在300V/20A?？刂撇糠只径际侨蹼?，TMS320F2812雖然適合工業(yè)應(yīng)用，但是作 為數(shù)字信號(hào)處理器，仍然容易被強(qiáng)電損壞，將驅(qū)動(dòng)部分與控制部分電源隔離，使得驅(qū)動(dòng)部分 的強(qiáng)電不會(huì)輕易影響控制部分，有助于保護(hù)DSP。
權(quán)利要求一種基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，包括控制、驅(qū)動(dòng)、顯示及電源板四部分，每部分之間通過(guò)信號(hào)線連接并通過(guò)光耦隔離；控制部分包括DSP組件和微處理器組件；驅(qū)動(dòng)部分包括直流電機(jī)控制芯片和多個(gè)IGBT，直流電機(jī)控制芯片的傳感器輸入腳與電機(jī)的位置傳感器的輸出連接，直流電機(jī)控制芯片的輸出與IGBT直接或者通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)器連接；電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路分別送至控制部分的DSP組件和微處理器組件；顯示部分為多個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管與控制部分相連；電源板上包括300V、15V、9V、5V四組電源，300V電源與直流電機(jī)相連，15V和5V與驅(qū)動(dòng)部分相連，9V電源與控制部分相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，所述DSP組件包括含 有DSP芯片的主板、D/A轉(zhuǎn)換芯片、接口芯片、運(yùn)算放大器、光耦、電阻、電容、電感；DSP芯片的一個(gè)輸出端口與D/A轉(zhuǎn)換芯片相連，D/A轉(zhuǎn)換芯片的一個(gè)輸出端口通過(guò)一個(gè) 運(yùn)算放大器與驅(qū)動(dòng)部分中直流電機(jī)控制芯片的誤差信號(hào)放大器同向輸入端相連；電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路送至DSP芯片的一個(gè)輸入端口；DSP組件與外部信號(hào)之間的連接全部通過(guò)光耦隔離。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，所述的微處理器組件 包括微處理器、鍵盤(pán)、數(shù)字邏輯電路、電阻、電容；電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路送至微處理器的 計(jì)數(shù)端；微處理器經(jīng)過(guò)電阻和三級(jí)管與顯示部分的多個(gè)數(shù)碼管連接；微處理器還與鍵盤(pán)連接，并且微處理器與DSP芯片經(jīng)光藕隔離后通過(guò)串行口連接。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，所述電源板上 5V部分用兩個(gè)三端穩(wěn)壓集成電路7805轉(zhuǎn)換出兩個(gè)5V，兩個(gè)5V相互間隔離，分別對(duì)含有DSP 芯片的主板和驅(qū)動(dòng)部分其他組件供電。
5. 如權(quán)利要求2所述的基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，DSP芯片通過(guò)485總 線與計(jì)算機(jī)相連，并且通過(guò)高速光耦隔離。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)控制器，尤其是應(yīng)用DSP芯片的直流電機(jī)控制器。一種基于DSP的直流電機(jī)控制器，其特征在于，包括控制、驅(qū)動(dòng)、顯示及電源板四部分，每部分之間通過(guò)信號(hào)線連接并通過(guò)光耦隔離；控制部分包括DSP組件和微處理器組件；驅(qū)動(dòng)部分包括直流電機(jī)控制芯片和多個(gè)IGBT，直流電機(jī)控制芯片的輸出與IGBT直接或者通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)器連接；電機(jī)的霍爾傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再經(jīng)過(guò)跳邊檢測(cè)電路分別送至控制部分的DSP組件和微處理器組件；顯示部分為多個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管與控制部分相連；電源板上包括300V、15V、9V、5V四組電源。300V電源與直流電機(jī)相連，15V和5V與驅(qū)動(dòng)部分相連，9V電源與控制部分相連。
文檔編號(hào)H02P6/08GK201536337SQ200920076459
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者單一帆, 官慧峰, 官洪運(yùn), 張穎, 盛威 申請(qǐng)人:官洪運(yùn)