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基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统

2016-07-29 10:29:00

[导读] 无刷直流电念头由于转子采用永磁材料励磁,无励磁消耗,具有体积小、重量轻、结构简单、维护利便、运行靠得住、高效节能易于控制等优点,同时,无刷直流电念头是哄骗电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,是以,无刷直流电念头保留了普通直流电念头优良的机械特征,从而在军平易近各个领域获得了普遍运用。

1.引言

无刷直流电念头由于转子采用永磁材料励磁,无励磁消耗,具有体积小、重量轻、结构简单、维护利便、运行靠得住、高效节能易于控制等优点,同时,无刷直流电念头是哄骗电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,是以,无刷直流电念头保留了普通直流电念头优良的机械特征,从而在军平易近各个领域获得了普遍运用。

无刷直流电念头是陪伴着数字控制技术而发生和成长起来的,是以,采用单片机为主的数字控制是无刷直流电念头的主要控制手段之一。本文介绍一种ST72141专用机电控制芯片,可实现无转子位置传感器无刷直流电念头的切确控制,无需霍尔传 感器,只需经由过程三个电阻将机电的三相绕组直接与ST7214芯片的输进接口相连即可获得机电转子的位置信息,简化了系统结构及控制策略,下降了系统成 本,具有结构简单靠得住、易于实现等特点。

2.原理

无刷直流电念头在运行时,需要转子的位置旌旗灯号,以控制逆变器中功率管的换流,从而实现定子磁场与转子的同步运行。大都无刷直流机电都是靠位置传感器来实现转子位置的检测,这些传感器不仅增加了成本,使系统毗连加倍复杂,而且,由于传感器自己存在的缺陷,如精

度不够,对情况条件敏感,使得整个系统的靠得住性得不到保证。

常 采用的无位置传感器控制策略是传统的反电动势过零检测法(端电压检测和相电压检测),由于传统的反电动势过零检测法需要进行分压和滤波。分压则下降了低速 运行时过零旌旗灯号检测的敏感度,出格是在反电动势旌旗灯号较弱的起动进程;滤波则致使过零旌旗灯号相移,随着转速的提高,其相移量也增年夜,这类相移的 变化增加了高速时换相控制实现的复杂水平。

本文将介绍ST72141芯片自有的反电动势检测技术——直接检测反电动势法。直接检测反电动势检测是采用上管PWM、下管恒通的调制方式,在PWM斩波 时代直接检测出反电动势的。现对这直接检测反电动势法作一简要分析:主电路原理图如图1所示,A相和B相导通,C相悬浮,电流流过VT1和VT6管,当 VT1关断时,二极管D4续流,由于C相上无电流流过,故C相端电压CV即为C相反电动势电压。

由上面分析可知,在A相VT1PWM关断时,二极管D4续流,C相端电压对应比例于C相反电动势,且是以地为基准的。由ST72141芯片特殊 的内部结构,经由过程三个电阻将机电的三相绕组直接与ST72141芯片的输进引脚(MCIA、MCIB和MCIC)相连即可获得反电动势过零旌旗灯号, 此时,获得的反电动势过零旌旗灯号没有经过任何衰减和相移,是以,反馈旌旗灯号具有高信躁比,同时,工作频率范围不管在低速仍是高速都获得了扩大,固然, 系统的成本也获得了下降。

3.硬件结构

ST72141是ST公司专门用于同步机电控制的一款单片机,出格适合3相无刷直流机电的 控制。它的主要资本及特点包括:8位中央处置内核,支持增强指令集;256字节的RAM内存,8K字节的ROM;14路复用I/O口;两个16位按时器, 一个看门狗按时器;SPI接口;8位模拟数字转换输进;外部晶振为8/16MHz,内分频为4/8MHz;机电控制外设(六路PWM输出、8位硬件乘法 器、三路检测转子位置专用模拟输进、两片上模拟比力器)。

ST72141对无位置传感器无刷直流电念头的驱动主要由片内集成的机电控制外设(MTC)来完成。ST72141的机电控制外设由往磁竣事和反电动势过零点的检测电路、延迟经管器、PWM经管器(需要PWM旌旗灯号来驱动机电)和通道选择经管器等四部门组成。

图2给出了由ST72141芯片组成的控制系统电路结构图。该系统可工作于电压模式或电流模式。ST72141芯片提供两种工作模式:电压模式和电流模 式。在电流模式下,经由过程改变机电的参考电流而改变力矩的年夜小(力矩和电流成正比),电流的控制是经由过程PWM来调整的。在电压模式下,经由过程改 变机电的参考电压来改变速度,同时,可设置电流的最年夜值,即力矩可到达的最年夜值。电压的控制也是经由过程改变PWM的占空比来实现的。

功率电路部门采用典型的交-直-交电压型功率变换器结构。由单相工频电压经全波整流为二倍频的直流脉动电压,后接平滑滤波电容进行滤波,获得稳定的直流电压,然后,经三相逆变桥(IPM模块)逆变为三订交流电压,以驱动无刷直流电念头。功率电路的焦点部门是逆变,实现逆变的PWM脉冲驱动旌旗灯号是由 ST72141芯片控制完成的。

[整理编辑:CK365测控网]
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