tb6588fg的無(wú)傳感器bldc電機(jī)控制器設(shè)計(jì)
摘要：無(wú)傳感器bldc電機(jī)具有直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)方案采用東芝三相直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器tb6588fg作為核心硬件電路，詳細(xì)介紹了電機(jī)調(diào)速控制電路、電機(jī)保護(hù)電路和電機(jī)速度調(diào)速的信號(hào)檢測(cè)及調(diào)整的方法。
關(guān)鍵詞：tb6588fg；三相無(wú)刷電機(jī)；
引言：永磁無(wú)刷直流電機(jī)及其控制一直是電機(jī)發(fā)展的研究熱點(diǎn)。無(wú)刷直流電機(jī)體積小，效率高。它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)，又具備直流電機(jī)那樣良好的調(diào)速特性而無(wú)機(jī)械式換向器，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以tb6588fg集成驅(qū)動(dòng)器為核心的硬件平臺(tái)，微處理器采集tb6588fg的速度反饋脈沖，利用數(shù)字電位器調(diào)整電壓來(lái)進(jìn)行閉環(huán)速度控制。
在無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的控制中，轉(zhuǎn)子位置的判斷、電機(jī)的啟動(dòng)及電流的換相均由控制系統(tǒng)完成，功能十分復(fù)雜，對(duì)控制裝置的硬件與軟件設(shè)計(jì)提出了很高的要求。采用基于dsp的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制方法，借助dsp的強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，完成軟件實(shí)現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)換相和開環(huán)啟動(dòng)，在電路設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，與閥門控制系統(tǒng)要求電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的要求相矛盾，而且在軟件的編制上也有一定的難度。本設(shè)計(jì)采用的tb6588fg專用控制器，使系統(tǒng)控制電路十分簡(jiǎn)單，內(nèi)部具有驅(qū)動(dòng)電路，不需外配mos管，也無(wú)需使用dsp等高端控制器芯片，就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
在閥門控制設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)計(jì)者的****挑戰(zhàn)是如何電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在有限的空間里放置電子元器件。本設(shè)計(jì)中采用普通單片機(jī)處理電機(jī)的啟停、速度檢測(cè)、速度調(diào)節(jié)，并對(duì)外面的開關(guān)量進(jìn)行處理。將有關(guān)電機(jī)的所有控制功能交給tb6588fg處理，系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。
tb6588fg是為三相無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的專用控制芯片，通過(guò)改變模擬電壓改變pwm的占空比，來(lái)調(diào)節(jié)速度。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流典型值為1．5 a，峰值高達(dá)2．5 a，具有過(guò)流保護(hù)功能。供應(yīng)電壓為7～42v。具有正反轉(zhuǎn)控制功能。具有控制星形連接的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的所需要的全部功能，主要功能包括：?jiǎn)?dòng)電路，反向電動(dòng)勢(shì)換相控制，pwm速度控制，欠壓限流保護(hù)等。使用tb6588fg，無(wú)論從硬件上還是軟件上，減少了單片機(jī)的工作量，用體積小、價(jià)格很便宜的就可完成所有的工作。單片機(jī)只要完成電機(jī)速度脈沖檢測(cè)，然后控制算法調(diào)節(jié)數(shù)字電位器，來(lái)改變控制速度的模擬電壓，調(diào)節(jié)速度。tb6588fg具有欠壓限流功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。
2 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
tb6588fg電機(jī)控制電路如圖2所示。
3 電機(jī)啟動(dòng)
電機(jī)的啟動(dòng)基于vsp的模擬輸入電壓。當(dāng)此電壓大于1 v時(shí)，電機(jī)開始啟動(dòng)，此時(shí)電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置不能確定。首先通過(guò)一個(gè)激勵(lì)電壓，使電機(jī)進(jìn)入直流激活模式。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，檢測(cè)到電機(jī)線圈的反向電動(dòng)勢(shì)。然后驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入強(qiáng)迫通信模式，強(qiáng)迫通信模式的時(shí)間被外部的電容來(lái)決定。如圖3所示，a階段是dc激活時(shí)間，dc激活時(shí)間的調(diào)整公式為tfix=0．69×c2×r1。b階段是強(qiáng)迫通信時(shí)間，不同的電機(jī)通過(guò)改變c1和c2電容的值可用來(lái)調(diào)整電機(jī)的啟動(dòng)。
4 過(guò)電流保護(hù)電路
閥門控制在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)的意外情況，電機(jī)堵轉(zhuǎn)可能會(huì)造成電源和電機(jī)的燒毀。tb6588fg的限流保護(hù)是通過(guò)內(nèi)部的比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部具有一個(gè)比較器，負(fù)輸入端固定電壓為0．5 v，流過(guò)電機(jī)線圈的電流通過(guò)r1電阻的采樣送入驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的濾波網(wǎng)絡(luò)接入比較器的正輸入端。如流過(guò)r1的電流大于設(shè)定值，則此電壓會(huì)大于0．5 v，驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路。在此電路中r2和c2是起rc濾波作用，防止pwm切換時(shí)的噪聲引起的保護(hù)誤動(dòng)作。如當(dāng)r1=0．33 ω時(shí)，****限流電流為：iout=0．5 v／0．33 ω≈1．5 a。
5 速度檢測(cè)控制
tb6588fg具有速度輸出腳fg_out，電機(jī)沒有啟動(dòng)或電機(jī)發(fā)生異常時(shí)此腳輸出為低電平。當(dāng)電機(jī)被正常啟動(dòng)，此腳輸出速度信號(hào)，mcu定時(shí)器具有捕獲功能，通過(guò)捕獲速度脈沖的上下沿來(lái)算出速度，然后去調(diào)整數(shù)字電位器的阻值來(lái)調(diào)整控制速度的電壓。
結(jié)語(yǔ)
針對(duì)閥門的無(wú)傳感器三相無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用tb6588fg設(shè)計(jì)的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。利用了tb6588fg的硬件電路，簡(jiǎn)化了整體的電路設(shè)計(jì)，同時(shí)降低了軟件的編程難度，使整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
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