52单片机电动自行车控制器的设计+无刷直流电机控制(4)
图1 AT89S52引脚排列
2.1.2 电机的选取
异步电机的优点有价格便宜、可靠性高、转速高、低转矩波动和不用位置传感器等，采用矢量控制性能优异而成为电动车用驱动电机的首要选择。但是异步电机存在较大的铜损，运行效率低，特别是在低速运行时，效率较低。开关磁阻电机结构简单、效率高，低速运行时仍可提供很大的转矩，且驱动器设计比较简单；缺点主要是振动以及噪声较大。
无刷直流电机转子为永磁体，用定子绕组换相代替机械电刷换相，用霍尔传感器检测转子位置信息。与前两类电机相比，无刷直流电机的优点有：
（1）电机性能好，具有转矩大的特性。
（2）速度调节范围宽，可以全功率运行在任何转速下。
（3）电机转换效率高，载荷不影响其效率。
（4）过载能力强，制动效果好。
（5）电机整体体积小、重量轻。
（6）电机采用电子换相，可靠性高。
（7）电机控制系统较为简单。
因此无刷直流电机是比较理想的电动车辆驱动部件。无刷直流电机结构如图2所示。
图2 无刷直流电机结构
目前技术较为成熟的驱动方式为全桥式电机驱动，图3所示为无刷直流电机的驱动电路简化图。T1~T6为大功率驱动器件。根据单片机输出的逻辑信号，T1~T6会顺序导通和关断，从而驱动电机运转。
图3 无刷直流电机驱动简化图
在任意时刻无刷直流电机只有两相导通，第三相悬空。霍尔传感器位于电机内部，呈120o分布，导通的次序由霍尔传感器获取的转子位置信号决定。电机转子每转过60o电角度，逆变器就进行一次换流，定子的状态就改变一次。以Ha，Hb，Hc表示电机内部的霍尔位置传感器，电机转动时霍尔传感器信号电平、导通的功率开关器件和绕组的导通相之间的关系如表1所示。
表1 导通换相关系表
Ha Hb Hc 导通的MOS管 导通相
1 1 0 T1 T2 U→W
0 1 0 T2 T3 V→W
0 1 1 T3 T4 V→U
0 0 1 T4 T5 W→U
1 0 1 T5 T6 W→V
1 0 0 T6 T1 U→V
2.1.3 高压三相场效应管电机驱动芯片IR2103S
在功率变换电路中，根据主电路的结构分布，功率开关器件驱动方式有两种：直接驱动和隔离驱动。隔离驱动方式需要将驱动模块、控制模块和主电路分开，以免引起干扰造成整体电路不稳定。隔离驱动有电磁隔离和光电隔离两种方式。光电隔离电路占用空间小，构造简单，但共模抑制能力不强，传输速度较慢。电磁隔离方式的隔离元件采用脉冲变压器，能够快速响应，共模抑制能力强。但是输出信号的最大传输带宽受磁饱和特性的限制，信号的顶部不易传输，且限制最大占空比在50％以内。同时脉冲变压器的体积大，加工复杂[7]。IR公司生产的IR2103S驱动器，同时具备光耦隔离和电磁隔离的优点。采用抗干扰CMOS工艺制造，DIP8脚封装，具有独立的低端输入通道和高端输入通道；其高端工作电压可达600V；输出电压范围10～20V；工作频率可达500kHz；导通、关断延迟小，响应迅速。本设计采用DIP封装的IR2103S，驱动芯片IR2103S引脚排列如图4所示。