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1 引言 家用冰箱壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用單相異步電動(dòng)機(jī)。為了提高冰箱的綜合性能，省電降噪，提高冰箱制冷系統(tǒng)的工作效率，需對(duì)壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。無(wú)刷直流電機(jī)BLDC(brushless DC motor)既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電機(jī)運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，因此，這里采用dsPIC30F4012 設(shè)計(jì)一種用于冰箱制冷壓縮機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)控制方案 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)速、電流、位置三閉環(huán)控制方案，可獲得良好的控制性能，控制原理如圖1所示。 
由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)反電勢(shì)為零或很小，采用三段式升頻升壓法使電機(jī)啟動(dòng)，這個(gè)過(guò)程主要由軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)給被控電機(jī)提供頻率越來(lái)越高的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)不斷提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，待電機(jī)達(dá)到一定速度時(shí)再轉(zhuǎn)向白同步運(yùn)行方式。自同步運(yùn)行時(shí)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)確定電機(jī)位置，再根據(jù)位置信號(hào)改寫(xiě) OVDCON(控制寄存器)值，逆變器采用pwm_on調(diào)制方式，即各個(gè)功率器件在導(dǎo)通的前60°進(jìn)行PWM調(diào)制，后60°保持恒通的兩兩導(dǎo)通方式。該導(dǎo)通方式繞組利用率高，電機(jī)出力最大，平穩(wěn)性最好，且PWM調(diào)制方式控制簡(jiǎn)單，無(wú)控制死區(qū)，能有效抑制換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，顯著提高電機(jī)的運(yùn)行性能。 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)端電壓“過(guò)中點(diǎn)”得出轉(zhuǎn)子位置由dsPIC30F4012輸出PWM脈沖方波，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)功率管的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正確供電，使得電機(jī)正常運(yùn)行。 3．1 dsPIC30F4012簡(jiǎn)介 dsPIC30F4012為Microchip公司一款帶DSP處理能力的高性能16位單片機(jī)，其獨(dú)特的模塊構(gòu)造和強(qiáng)大存儲(chǔ)性能使得將其運(yùn)用于無(wú)刷電機(jī)控制具有一定的優(yōu)勢(shì)。dsPIC30F4012具有片內(nèi)的電機(jī)專(zhuān)用PWM控制器(MCPWM)；通過(guò)編程可產(chǎn)生獨(dú)立的、具有相同頻率和工作方式的三相6路 PWM波形，每個(gè)引腳驅(qū)動(dòng)電流達(dá)25 mA，并由RE口直接輸出給驅(qū)動(dòng)器，且三相互補(bǔ)不重疊。可防止同一橋臂上兩個(gè)功率管發(fā)生直通造成短路，該結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部硬件，系統(tǒng)通過(guò)一電位器調(diào)節(jié)BLDC轉(zhuǎn)速；電阻對(duì)完成端電壓VDC的檢測(cè)，VDC／2即為端電壓“過(guò)中點(diǎn)”的電壓；電壓反饋通過(guò)3個(gè)電阻對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3．2 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。IR2101是IR公司生產(chǎn)的一款高性?xún)r(jià)比的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)效果好且操作簡(jiǎn)單。IR2101驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)一組功率管，整個(gè)功率電路只需 3塊即可，這樣不但節(jié)約制造成本，而且還提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3．3 電流反饋與故障檢測(cè)電路 電流反饋與故障檢測(cè)電路如圖3所示。電流反饋的第1個(gè)運(yùn)算放大器通過(guò)采樣母線(xiàn)上的電流，放大輸入給dsPIC30F4012的AN2引腳實(shí)現(xiàn)：將第1個(gè)運(yùn)算放大器的輸出接至第2個(gè)反比例運(yùn)算放大電路，用于電機(jī)故障檢測(cè)，當(dāng)母線(xiàn)電流過(guò)大時(shí)讓微處理器進(jìn)入故障處理。制方案和算法合理可行。
4 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試 圖4為系統(tǒng)的主程序流程，主程序主要是設(shè)置各個(gè)設(shè)備控制字，初始化各變量及標(biāo)志值，開(kāi)啟相應(yīng)的中斷并調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。三相逆變驅(qū)動(dòng)中，PWM占空比寄存器 (PDCX)和改寫(xiě)控制寄存器(OVDCON)配合使用，占空比寄存器能夠控制流經(jīng)負(fù)載的電流，可以改寫(xiě)控制寄存器控制換相。dsPIC30F4012內(nèi)置電機(jī)專(zhuān)用PWM控制器結(jié)構(gòu)，可大大簡(jiǎn)化產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部硬件設(shè)計(jì)。調(diào)試成功后用ICD2將程序下載到dsPIC30F4012中，組裝整個(gè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可控性，且響應(yīng)快速，運(yùn)行平穩(wěn)，具有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能。圖5是采用4通道示波器采集的4個(gè)功率管的驅(qū)動(dòng)波形。波形表明系統(tǒng)采用的控制方案和算法合理可行。
5 結(jié)束語(yǔ) 經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有良好的穩(wěn)定性和可控性，雖在低速啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)性能不如有傳感器無(wú)刷直流電機(jī)，而啟動(dòng)后性能與其性能相當(dāng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件成本低，控制性能靈活，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。 參考文獻(xiàn) 1. 王勇,呂征宇.端電壓比較法直接尋找無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)換相點(diǎn)及其斬波調(diào)速[J].微特電機(jī),2003,31(1):19-20. 2. 婁柯,施火泉.基于C8051F單片機(jī)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的控制[J].電機(jī)與控制應(yīng)用:變頻與調(diào)速,2006,33(3):45-49. 3. 張晶.基于PLD的無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)傳感器控制技術(shù)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007. 4. 包向華,章躍進(jìn).五種PWM方式對(duì)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的分析和比較[J].中小型電機(jī),2005,32(6):49-51. 5. 胡學(xué)芝.dsPIC30F4012型微處理器在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程,2005,13(11):11-13. 6. 張奇志.IR2101帶有欠壓封鎖的半橋MOSEFT驅(qū)動(dòng)器[J].器件與應(yīng)用,2002(8):64-65. 作者：鄧冠豐 （西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,重慶,400716） 來(lái)源：電子設(shè)計(jì)工程 2009（12） |
