永磁无刷直流电机控制系统设计+电路原理图+源程序(8)
图3.1-4 边沿对齐的PWM
3.2 芯片介绍
3.2.1 dsPIC30F2010
本设计选用dsPIC30F2010作为无刷直流电机控制器的控制芯片。dsPIC30F2010是一款专门为嵌入式电机控制应用设计的28引脚16位的MCU。它主要是为交流感应电机（AC Induction Motor,ACM）、无刷直流电机（Brushless DC,BLDC）和普通直流电机这些典型的电机类型而专门设计的。以下是dsPIC30F2010的一些主要特点[11]：
a.电机控制PWM模块：
• 6个PWM输出通道，采用互补或独立的输出模式
• 4个占空比发生器
• 用于同步A/D转换的触发器
b.DSP引擎特性：
• 模寻址和位反转寻址模式
• 17位*17位单周期硬件小数/整数乘法器
• DSP引擎可实现控制环的快速响应
c.高性能改进型RISC CPU
• 24位宽指令，16位宽数据总线
• 12KB片内闪存程序空间
• 27个中断源
• 每一个中断具有8个用户可选择的中断优先级
d.外设特性（图2.1）：
• 3个16位定时器/计算器：可选择将16位定时器配对组成32位定时器模块
• 2个16位比较/PWM输出功能引脚
• 高灌电流/拉电流I/O引脚：25mA/25mA
图3.2-1 28引脚SDIP和SOIC封装
3.2.2 IR2103
本次设计中的电路驱动采用的是IR2103芯片，IR2103芯片是IR公司专为驱动功率开关管而设计的，是一种高电压高速的功率MOSFET和IGBT驱动器，它有两个独立的高端和低端输出通道，一个芯片可以驱动两个MOSFET管或IGBT管。输出的浮置通道可用来驱动高端接于600V(最大)的N沟道电力MOSFET或IGBT。
图3.2-2 IR2110内部框图
IR2103具有的特点是[3] [11]:
(1) 浮置通道具有自举电路，工作电压可达600V，抗dv/dt干扰;
(2) 驱动电压为10~20V;
(3) 低压自锁功能;
(4) 5V施密特触发逻辑;
(5) 禁止直通逻辑(一个桥的上下臂不能直通);
(6) 两个传输通道延时相同;
(7) 内部设有死区;
(8) 高端输出与UH输入相位相同，低端输出与/UL相位相同。
3.2.3 IRF840 MOSFET
市场上场选用的功率开关器件一般由3种，POWER MOSFET、IGBT和IPM模块。本次无刷直流电机的电流小，功率小，所以采用IRF840 MOSFET来做这次研究的功率开关器件。场效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点是驱动电路简单，驱动功率小。其第二个显著特点是开关速度快，工作频率高。而IRF840 MOSFET场效应晶体管在导通时只有一种极性的载流子(多数载流子)参与导电，为单极型晶体管，没有少数载流子的存储效应，输入阻抗高，因而开关速度可以提高，驱动功率小，电路简单。
4 无刷直流电机控制系统设计
4.1系统总体构成
在系统总体方案设计中，根据功能将系统划分为驱动电路、DSC控制电路、电流检测电路、转子位置检测电路、人机交互电路等。系统的核心是DSC控制电路，该部分主要负责产生电机驱动波形、与电流检测电路和转子位置检测电路送来的反馈信号并控制电机的运行状态。
DSC送出的驱动信号通过驱动电路输入到驱动桥电路，以达到驱动电机的目的。转子位置检测电路是通过DSC芯片捕获霍尔传感器的信号，从而决定电机下一刻的驱动方式。电流检测电路是对低阻值电阻电压进行采样，提供当前的电流值，从而实现闭环控制。人机交互电路是DSC芯片通过控制zlg7289来完成读取键盘和驱动数码管及led显示的。
4.2 系统框图
根据上述方案，无刷直流电机控制系统由信号控制模块、人机交互模块、驱动模块三个模块组成（如图4.2）。其中电源电路是将24V输入电压转换成+5V的稳定输出，经过滤波后提供芯片的工作电压；驱动电路由IR2103控制，负责控制6个MOSFET管的饱和导通或截止，从而给电机的三相绕组提供电流；信号控制模块，在此控制方案中，霍尔传感器的信号加到dsPIC30F2010的捕获单元端。