【嵌入式电机控制#20】无刷直流电机硬件案例

一、驱动电路

          以上就是一种常见的无刷直流电机驱动电路Schematic

        （1）光电耦合器件

        

        这里梳理一下电机控制中保护单片机电路的常用方法：

        1. 在功率器件中进行过流保护、总线电压监测

        2. 单片机中进行电流环控制、软件死区设置

        3. 在单片机与驱动电路间设置光电耦合器件，使驱动板烧毁时不会影响到单片机

        至于光电耦合原理这个不需要深入研究，只需要记住一点：

        光电耦合器件的组合逻辑分为两类，一类是对应PWM反相，一类是正相。而我们所介绍的驱动电路中，光电耦合器件是输入输出反相的。

        （2）驱动芯片

                                                          

                IR2110S是一个自带死区控制器的半桥驱动芯片，用于根据输入的低电压PWM生成功率足够的PWM驱动信号。SD引脚表示的是ShutDown，当拉高时驱动芯片两个输出HO和LO无论如何都只输出低电平（电机安全断电）

                具体组合逻辑如下：

                                         

                （3）一个相对应的半桥电路

                

                上图是三相中其中一相的半桥电路

                其中有反接的二极管和一个电阻并联，二极管起充放电缓冲的作用，而电阻进行限流，二者共同实现了严格的过流保护。

                

                上图是一个自举升压电路，目的是给S端一个浮动电压，让G与S始终保持一个压差，以免开通后S立刻上升到总线电压，从而压差归零，管子又重新关断

                                    

                上图是本原理图所用MOS管的输入特性曲线，可以很明显看到，它的开启电压是3-4V，只有到达7-8V时才进入饱和区。

                以下这部分电路起到了滤波和限流作用，输出端是一个进入单片机的相位反馈线路，所以我们必须把电压稳定在3.3，只保留时域上的相位信号。由于本专栏主要讲解控制算法及软件设计的内容，硬件的滤波部分不做解释。

                

                在相位输出前方会引出一条网络PHASE_U输出三相电，这就是我们的功率输出

                

               

                需要注意的是，我们只是讲了一个相位的驱动电路硬件设计，而标准的BLDC三相驱动电路中，会有三个同样的电路。总共加起来，也就是我们上一节说的6个PWM输入，三个三相电输出。

二、电流采样电路 

                以下是一个保护电路，由于我们现在使用的总线电压较高，当采集电压过大时，这个部分可以有效保护我们的单片机不被烧毁。（自此记住一个规律，电压较大时注意单片机与外界的隔离和稳压）

                                                     

                其他放大部分总结来说，放大公式为：

                                    U0 = 1.65 + 4.02*Ui

                对硬件感兴趣的同学可以自行推导，这里不做详细分析。

三、过流保护电路

                这里采用硬件自动过流保护，当采样电阻两端电压超出Vref 0.5时，SHUTDOWN会自动关闭光耦芯片，停止PWM信号的输入。

                

四、霍尔传感器接口

                

                

                JP端用于选择传感器工作电压，我们一般选5V

                上图中，上半部分用于六步控制，而下半部分是专门为PMSM的FOC控制设计的电路，这里暂且不做介绍。