永磁无刷直流电机控制系统设计+电路原理图+源程序(9)
图4.2 系统框图
将捕获端设置为I/O 口，然后采集捕获单元的电位情况。根据捕获单元的电位情况可以判断电机处于那个区间。根据两次捕获的时间可以计算出电机运行速度。此速度作为速度参考值的反馈量，然后经过速度PI 调节后可以得到参考电流。另外通过电流检测电路可以得到相电流信号,此信号通过A/D转换后作为参考电流的反馈量，经过电流PI 调节后，得到的输出量调节输出的PWM信号的占空比,用此PWM信号接到驱动端.这样可以根据电机运行的情况而调节MOSFET 管的导通时间达到控制电机转速的目的。
4.3 硬件部分设计
4.3.1 系统原理图
附录图中是无刷直流电机控制系统硬件部分的原理图，由信号控制模块、驱动模块和人机交互三个模块组成。
4.3.2 驱动部分
（1） 元器件的选择
因为驱动芯片IR2103有自举供电能力，能在不使用外加隔离电源的情况下方便驱动小功率的全桥电路。因此，本次设计用其驱动逆变电路。本次驱动电路的设计本质上基于IR2103驱动三相桥来实现DC/AC逆变的逆变电路。逆变电路是将直流电转换为交流电的电路。而逆变电路现在常用的开关器件有功率晶体管（GTR）、功率场效应管（POWER MOSFET）等。由于本次设计所需驱动功率比较小，再加上MOSFET开关速度快、易并联，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，是单极型晶体管。电力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。所以采用IRF840 MOSFET场效应晶体管来作为功率开关器件。
本次设计的驱动电路由吹冰个MOSFET和三块IR2103构成全桥逆变电路。图4.3为一块IR2103控制两个MOSFET。由于驱动器和MOSFET栅极之间的引线、地回路的引线等所产生的电感，和IC和FET内部的寄生电感，在开启时会在MOSFET栅极出现振铃，不但对器件本身造成严重干扰，对器件周边环境也会产生严重的电磁干扰，同时一方面增加MOSFET的开关损耗，同时EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）方面不好控制。所以在MOSFET的栅极和驱动IC的输出之间串联了一个阻值为33欧的栅极电阻R1、R2，不但可以调节MOSFET的开关速度，减少栅极出现的振铃现象，减小EMI（Electro-Magnetic Interference，电磁干扰），也可以对栅极电容充放电的限流作用。
图4.3-1 一块IR2103控制两个MOSFET
由于负载电容比较大，驱动电路要对电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流。同时，由于芯片管脚上的电感，会产生反弹，这种耦合电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响正常工作。
（2） 自举电路
图4.3中，自举电容C7与自举二极管D1组成一个自举电路。所谓自举电路，就是指，利用电容的特性——电压不能突变，总有一个充电放电的过程而产生电压自举、电位自举作用的。而图中，当下桥Q2饱和导通，上桥Q1截止时，钽电容C7进行充电；当UH为高电平时，利用C7上的自举电压开通上管Q1。其中自举二极管D2的作用，是利用其单向导电性完成电位叠加自举，二极管导通时，电容C7充电到+15V ，二极管截止时，电路通过电容放电时，对VB管脚提供电压。这样设计的特点是电路采用单电源供电，简化了电路。下面是自觉电路工作详细介绍：
上管 S1 开通过程：
如图4.3-2（a），LIN 为低电平，VM3 关断，VM4 导通，这时聚集在S2 栅极和源极的电荷在芯片内部通过Rg2 迅速对地放电，由于死区时间影响使S2 在S1 开通之前迅速关断。由于LIN 与HIN 是一对互补输入信号，所以此时HIN 为高电平，VM1 开通，VM2 关断，这时C1 就相当于一个电压源，从而使S1 导通。因为 2103 内VM1 导通、VM2 截止，所以C1 正极经过VB-HO-Rg1-上管-C1 负极。