直流無刷控制器方案定制

來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時間：2019-03-06 00:34

直流無刷控制器是目前使用最為廣泛的無刷控制器之一，隨著方案功能越來越多，直流無刷控制器定制方案也是各有特點(diǎn)。今天就和大家介紹一下直流無刷控制器方案特點(diǎn)：
 
無刷直流電機(jī)方案實(shí)例：電機(jī)控制器開發(fā)的三大要點(diǎn)
 
無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷電機(jī)是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機(jī)，又稱無換向器電機(jī)。早在十九紀(jì)誕生電機(jī)的時候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機(jī)，這種電動機(jī)得到了廣泛的方案。上世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了，這種新型無刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無刷電機(jī)的缺陷。
 
無刷直流電機(jī)方案實(shí)例：
 
無刷直流作為一種新型的電機(jī)技術(shù)，并非每個在使用電機(jī)的廠商均能熟練運(yùn)用這門新技術(shù)，黃先生所在的企業(yè)最近就遇到了這樣一個問題。他們企業(yè)做電動車成品的開發(fā)與銷售，出于節(jié)能、環(huán)保考慮，最近他在客戶那里采購了一個電機(jī)樣品，是一個直流無刷電機(jī)，但需要開發(fā)一個控制器去驅(qū)動這個電機(jī)裝備，項目周期很急，需在一個月內(nèi)完成這個模塊開發(fā)。由于缺乏這方面的開發(fā)經(jīng)驗，他選擇了在快包上發(fā)包幫助自己快速完成產(chǎn)品開發(fā)。
 
據(jù)悉，這個雇主在快包上根據(jù)項目要求，將設(shè)計這個電動車無刷直流電機(jī)控制器功能描述了幾大要點(diǎn)：
 
 
一、常規(guī)功能:120度無刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制、超靜音啟動、自動巡航、自動助力；
 
二、特色功能:換相補(bǔ)償、同步續(xù)流、EABS柔性剎車、剎車反充電、智能速度控制、防盜模式、倒車模式、換相速度最高可達(dá)20000轉(zhuǎn)/分；
 
三、保護(hù)功能:飛車保護(hù)、過流保護(hù)、限流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)；
 
四、學(xué)習(xí)功能:短接學(xué)習(xí)線上電，電機(jī)會緩慢轉(zhuǎn)動，并自動學(xué)習(xí)相位，斷開學(xué)習(xí)線自動保存數(shù)據(jù)。重新上電即可正常使用；
 
五、欠壓保護(hù):電池電壓低于30V以下保護(hù)7、限流保護(hù):限制線電流小于17A，開發(fā)周期30天內(nèi)。
 
 
“要使無刷電機(jī)轉(zhuǎn)起來，并且聽從駕駛者的調(diào)速、剎車等基本指揮，最基本的要求就是要實(shí)現(xiàn)硬件所能實(shí)現(xiàn)的電子換向和調(diào)速，剎車等功能。實(shí)際上軟件的整體設(shè)計也和硬件一樣，也是一個模塊化堆砌的過程，問題在于模塊的合理化堆砌，使堆砌后形成的整體能夠堅固，協(xié)調(diào)、高效率運(yùn)作。我們先說一說各種模塊功能的簡單實(shí)現(xiàn)，然后再來討論如何使這些模塊協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)”這個服務(wù)商說道。
 
 
一、大電流驅(qū)動電機(jī)
電機(jī)驅(qū)動是一個大電流驅(qū)動，又是一個電感性負(fù)載，控制器在運(yùn)行時不可避免有干擾引入，因此除了在硬件布局，布線上注意外，軟件上也要做相應(yīng)的抗干擾措施以避免錯誤的換向動作。考慮到輸入到單片機(jī)的換相信號容易受干擾，加上線路上濾波電容的影響，單片機(jī)程序在讀取換相信號時應(yīng)至少連續(xù)讀取3次，以3次信號完全一致時才采用該值作為換相信號的真值，如果其中一次不對，那么干脆就重新再讀3次，這就是一個有抗干擾措施的鑒相過程。取得換相信號后，我們將其與上次讀到的值做對比，如果相同，則表示沒有換相，如果不同，則要跟據(jù)這個值去取得一個相對應(yīng)的驅(qū)動信號，從而驅(qū)動電子開關(guān)動作。這個過程可以使用逐項比較法、查表法等來實(shí)現(xiàn)。
 
市面上有兩種電機(jī)，即所謂的120°和60°霍爾信號，這個角度代表三個霍爾器件輸出的三相電信號其相位角相差的角度，其實(shí)這里面的區(qū)別僅僅是電平的不一樣，在馬達(dá)內(nèi)部的安裝上，位置沒什么不同，只是中間一相的相位相反，所以仍然是六種信號對應(yīng)六種驅(qū)動，軟件上將表稍作調(diào)整即可。需要提一下的是，在120°的霍爾信號中，不可能出現(xiàn)二進(jìn)制0B000和0B111的編碼，所以在一定程度上避免了因霍爾零件故障而導(dǎo)致的誤操作。因為霍爾元件是開路輸出，高電平依靠電路上的上拉電阻提供，一旦霍爾零件斷電，霍爾信號輸出就是0B111。一旦霍爾零件短路，霍爾信號輸出就是0B000，而60°的霍爾信號在正常工作時這兩種信號均會出現(xiàn)，所以一定程度上影響了軟件判斷故障的準(zhǔn)確率。目前市面馬達(dá)已經(jīng)逐漸舍棄60°相位的霍爾排列。
 
二、限流驅(qū)動模塊
這是整個控制器的靈魂，如果限流驅(qū)動沒做好，其他功能再好還是一個字：燒!。電動車控制器的電子開關(guān)均使用功率MOSFET控制，MOSFET的最大允許電流，最大允許功耗都有其限制，如果沒有電流控制，或者電流控制不好，均會導(dǎo)致功率MOSFET的燒毀，從而導(dǎo)致整個控制器報廢，因此電流控制是本程序的重中之重，這個做不好，其它功能一概免談。說起來嚴(yán)重，其實(shí)做起來，摸到竅門也是很簡單的，其秘訣也只有四個字：準(zhǔn)確，及時。
 
電流信號經(jīng)康銅絲采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。具體電路見硬件部分。放大器用來實(shí)時放大電流信號，放大倍數(shù)大約6.5倍，放大后的信號提供給單片機(jī)進(jìn)行AD采樣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得數(shù)字用來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號送至比較器，當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過允許值，比如一只MOSFET擊穿或誤導(dǎo)通時，比較器翻轉(zhuǎn)送出低電平，觸發(fā)單片機(jī)的INT0外部中斷，使單片機(jī)能夠快速關(guān)斷驅(qū)動，從而保護(hù)MOSFET避免更大傷害。
 
三、剎車斷電模塊
電動車在剎車手柄附近裝了一個微動開關(guān)，一方面在剎車時點(diǎn)亮剎車燈，一方面給控制器提供一個剎車高或低電平信號，各廠家不一定，在電路上作一些電平轉(zhuǎn)換很容易就可以提供給單片機(jī)一個準(zhǔn)確的信號，我們可以采用數(shù)字測量的方法測量這個電平是高還是低，也可以使用AD去測量有幾伏，總之監(jiān)測到這個信號后必須關(guān)閉所有的驅(qū)動輸出和PWM輸出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)剎車斷電。
 
 
方案故事：

面對日益更新的工業(yè)市場，工業(yè)產(chǎn)品除了滿足基本的使用要求之外，性能提升及功能優(yōu)化成為了諸多主機(jī)廠需要考慮的產(chǎn)品拓展問題，隨著無刷電機(jī)以及電控方案的不斷成熟，有刷電機(jī)出現(xiàn)的產(chǎn)品弊端也有了新的解決方案。在學(xué)習(xí)了國外的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品方案的同時，再結(jié)合我們自身的技術(shù)革新，以及經(jīng)過跟電機(jī)廠，品牌生產(chǎn)商三方多渠道多方位溝通配合，我們在性能以及實(shí)用性等多個方面進(jìn)行提升。并且通過長時間的實(shí)際工作環(huán)境以及暴力測試，歷時兩年，終于將全新一代直流無刷控制器方案推向市場。

鑫海文長期致力于無刷驅(qū)動器解決方案的研發(fā)，高壓/低壓無刷驅(qū)動器的研發(fā)生產(chǎn)。鑫海文擁有豐富開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗的專業(yè)研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊。選擇鑫海文，個性化定制專業(yè)解決方案。
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