摘要：依据无刷直流电机理论和体系的要求，以双TMS320F2812 DSP处理器为中心，针对体系的高牢靠性要求，进行了无刷直流电机操控器的硬件电路规划并对中心电路进行剖析、仿真和实验验证;结果标明，该硬件电路可完结无刷直流电机正常调速的操控需求，相应性能指标可满意体系需求。
0 导言
无刷直流电机(以下简称BLDCM)用电子换相器替代机械换向器，根除了电刷和换向器触摸磨损所导致的寿数周期短、电气绝缘低、火花搅扰强等许多缺点;一起永磁资料的高磁性能使无刷直流电机具有起动转矩大、调速规模广、作业功率高级长处，在各个工业范畴有着广泛运用。
因为本体系有较高的牢靠性要求，因而总体规划思路是选用主控、监控双DSP体系架构满意操控器的高牢靠性要求;三相功率逆变器选用三菱公司的第五代智能功率模块PM15 0CLA120为中心，选用光耦HCPL4506进行门极驱动信号阻隔;选用多传感器进行体系状况监测并通过转速和电流双闭环操控战略进行电机转速精确操控，然后满意体系对无刷电机操控器的高牢靠性作业和精确的转速操控以及宽规模转速调理等操控要求。
1 体系组成
BLDCM操控体系原理框图如图1所示，操控器通过RS422与上位机进行通讯;无刷电机通过机械传动装置驱动体系作业;选用旋转变压器传感器作为BLDCM的转子方位和转速反应元件。
操控器选用高性能的数字信号处理器作为操控中心，其间主控DSP完结无刷直流电机的转速和电流双闭环操控，满意无刷电机具有调速规模宽、操控精度高的要求;监控DSP完结体系温度、电流、电压、转速等状况监控，通过传感器检测冗余(数量冗余、类型冗余、方位冗余)设置，既可以完结要害参数的精确丈量和操控战略的精细化操作，还可以确认功率开关及电机三相绕组毛病状况。监控DSP和主控DSP通过双口RAM(DPRAM)快速进行数据交换，便于操控体系作业。
2 各模块规划
2.1 双DSP规划
操控器选用的TMS320F2812是美国TJ公司推出的32位定点数字信号处理器，专门针对电机和运动操控。主控DSP具有6路PWM 输出模块、功率驱动及逆变模块、旋变方位传感器鼓励及解算模块、模仿量转化模块、SCI通讯等首要模块，具有很强的实时数据运算才能;监控DSP进行模仿信号收集、外部通讯、体系作业工况监控等非实时信息处理。
因为DSP嵌入式体系的特色在于高速数据处理，因而完结主DSP与从DSP之间的数据通讯成为主从式硬件体系的一个规划要害。本体系运用DPRAM作为同享存储器进行通讯，其长处是实时性好，牢靠性高，数据传输功率高，接口电路简略。DPRAM的每个端口都有各自的数据、地址、操控总线，答应处理器对存储器的任何地址履行随机读写操作。DPRAM与两个DSP之间的硬件衔接联系如图2所示。
2.2 功率逆变电路及驱动规划
依据操控器负载需求及功率开关器材的运用场合，规划选用三菱公司第五代智能功率模块PM150CLA120(以下简称IPM)为功率逆变电路，其首要规划参数为耐压1200V、最大负载电流150A;该IPM模块内部集成了6个IGBT开关管逆变电路、优化门极驱动电路以及快速维护电路，其内部框图如图3所示并其具有以下杰出长处：1)开关管导通压下降、开关损耗低;2)集成过流、过热、欠压等维护功用;3)内置自举电路完结单电源供电;4)选用优化规划按捺浪涌、噪声等引起的搅扰问题。
主控DSP输出6路PWM信号用于驱动功率逆变电路过程中，为避免操控信号受功率驱动电路的搅扰，选用“光耦+阻隔电源”的方法用于逆变桥功率开关的门极驱动。规划运用光耦HCPL4506作为阻隔驱动电路的中心芯片，其最大驱动电流2.5A，可满意功率模块PM150CLA120的驱动电流要求;原副边之间瞬态阻隔电压10kV/μs，可以确保各功率开关之间的阻隔强度;运用阻隔电源DC/DC模块PWF2415D作为IGBT功率开关门极驱动电源，阻隔强度为1500VAC，一起具有输出短路维护(自恢复)功用。
2.3 电流采样规划
操控体系规划选用阻隔型电流传感器GCBC100进行电流采样，其灵敏度为40mV/A，非线性度为±1%，契合操控体系的精度要求。采样电路将电流传感器输出电压信号，通过运算扩大器及滤波电路，转化为DSP的AD通道可以接纳的电压规模(0～3.3V)，使操控器可以实时监控电流的改变，进行电流环 PID调理。
2.4 旋变解算
旋变解算芯片选用AD公司的AD2S82A芯片，其可以将旋转变压器输出的模仿方位信号转化成数字方位信号，并且一起还可以得到高精度的速度信号，可以很好地满意方位及速度反应信号的要求。并设置为12位解算精度，对应盯梢转化速度最高可达15600r/min，满意规划要求;运用由运算扩大器、电阻和电容构成的文氏桥正弦波鼓励产生电路产生旋变鼓励信号，结构简略，牢靠性高。
AD2S82A内部结构如图4所示。旋转变压器输出的正、余弦信号经滤波、扩大后输入至AD2S82A的sin和cos引脚，在适宜的外围装备电路合作下，AD2S82A即可完结12位数字量输出。AD2S82外围装备电路由电阻和%&&&&&%构成，以完结引脚电平上拉、下拉、高频滤波、增益设定、最大盯梢速率设定和闭环带宽等设定功用，规划严厉参阅相应的数据手册及相关软件进行选取，确保AD2S82可以牢靠作业。
3 实验验证
3.1 旋变解算实验
图5为无刷电机匀速旋转时旋转变压器(RVDT)的鼓励信号、正弦输出信号和余弦输出信号的测验波形，从图中可以看出两路输出信号正交，输出信号与鼓励信号过零点重合，未呈现相位偏移现象。输出信号经旋变结算芯片AD2S82A解算输出12位数字量(0～8191对应转子方位视点0～360°)，DSP运用数据总线在PWM中止程序中接连4次读取RVDT的解算信号如图6所示。以上剖析可知，RVDT解算电路完结了无刷电机转子方位的解算，可以精确的反映电机转子的实践方位，为电机调速操控进步牢靠的硬件根底。
3.2 PWM驱动实验
主控DSP输出的PWM信号为操控体系中的要害操控信号之一，操控IPM中IGBT的导通和关断，依据调压调速的原理调理无刷电机转速。 IPM上下桥臂IGBT采纳互补形式作业，当上下桥臂IGBT的开关状况产生翻转时，为避免产生直通而导致短路，必须在PWM信号产生翻转时设置死区时刻;本文设定的死区时刻为1μs，PWM死区时刻测定波形如图7所示。两相上下桥臂IGBT开关操控波形如图8所示，选用中心对称形式的PWM操控，斩波频率为15kHz时，电机绕组电压通断频率为PWM斩波频率的两倍，即为30kHz，可有用减小无刷电机的转矩脉动。
因为功率逆变电路选用三相全桥逆变拓扑结构，为确保电机出力最大，功率逆变电路桥臂输出的电压应与对应的无刷直流电机绕组反电动势坚持恰当的相位联系。图 9是对电机转子方位信号值进行软件调整后、功率逆变电路输出的A相电压与无刷直流电机A相绕组的反电势波形，两者过零点对齐，逆变电路桥臂输出的电压波形挨近正弦波，满意选用PWM方法驱动无刷直流电机的供电要求。
3.3 三相绕组电流测验
图10为无刷电机正常作业过程中，上位机调试渠道观测到的两相绕组电流波形ia、ib(ic=-ia-ib为削减数据量，ic未进行显现)。为便利调试，DSP守时将需求调查的变量上传到上位机调试渠道，调试渠道把上传的数据绘制成曲线。图中纵坐标为信号幅值对应的A/D转化值，横坐标为上传点数。实验标明电流采样电路可以实在的反映电机绕组实践电流值，硬件规划合理。
4 定论
本文是根据双TMS320F2812 DSP处理器为中心，进行无刷直流电机操控器硬件规划，运用主控DSP进行体系实时操控、运用监控DSP对体系状况进行全面监控，以进步体系作业牢靠性。对中心硬件电路进行实验，结果标明操控器硬件电路规划可以为软件规划供给牢靠的渠道。
