論文框架研究背景和意義研究內容設計主要內容1234總結第1頁/共16頁第一頁，共17頁。研究背景和意義一個多世紀以來，電機作為電能量轉換裝置，其應用范圍已遍及國民經濟的各個領域以及人們的日常生活中。電機的主要類型有同步電機、異步電機與直流電機三種。直流電機具有運行效率高和調速性能好等諸多優點，因此被廣泛應用于各種調速系統中，但傳統的有刷直流電機均以機械換相方法進行換相，存在相對的機械摩擦，因此帶來噪聲、火花、無線電干擾及壽命等致命弱點，從而大大地限制了它的應用范圍。而相比有刷直流電機，無刷直流電機的結構是以電力電子電路取代傳統有刷直流電機的電刷，故其既具有有刷直流電機運行效率高、運行性能好等優點，又具有交流電機運行結構簡單、運行可靠、維護方便等優點。目前，隨著半導體技術的快速進步與永磁材料的新發現，高性能、低成本的永磁無刷直流電機已成為調速領域的領軍力量，它具有巨大的開發潛質和廣闊的應用前景。第2頁/共16頁第二頁，共17頁。研究內容針對小功率直流無刷電機的控制要求，設計以嵌入式處理器為核心的驅動控制系統，要求能夠對電機的轉速進行控制，并能夠將實時轉速通過顯示裝置顯示。要求充分了解PWM控制電機的原理、嵌入式處理器原理以及相關接口及供電技術，掌握數碼顯示原理及接口設計。

第3頁/共16頁第三頁，共17頁。無刷直流電機的結構和工作原理

永磁無刷直流電動機(BrushlessDCMotor,BLDC)是一種典型的機電一體化產品，它是由電動機本體、逆變器、位置檢測器和控制器組成的自同步電動機系統，其結構原理圖如圖所示。位置檢測器檢測轉子位置信號，控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產生相應的開關信號，開關信號以一定的順序觸發逆變器中的功率開關器件，將電源功率以一定的邏輯關系分配給定子各相繞組，使電動機產生持續不斷的轉矩。無刷直流電機組成框圖

直流無刷電動機電動機本體位置傳感器電子開關線路路主定子主轉子傳感器轉子傳感器定子功率邏輯開關位置信號處理第4頁/共16頁第四頁，共17頁。電機本體永磁無刷直流電動機轉子結構型式

永磁無刷直流電動機的轉子利用永磁體形成主磁極，常見的轉子結構如圖所示。面貼式結構是在鐵心外面粘貼上瓦片形永磁體，具有結構簡單制造成本低的特點，但在高速時永磁體易被離心力甩出，所以多用于低速電機。具有這種轉子的電機稱為面貼式電機(Surface-mountedPermanentMagnetMachine,SMPM)。除了上述基本結構外，還有一種外轉子式結構，即帶有永磁極的轉子在外面，嵌有繞組的定子在里面。電機運行時，外轉子旋轉。這種結構主要用于電動車的驅動。第5頁/共16頁第五頁，共17頁。無刷直流電動機的基本工作原理

永磁無刷直流電機最常用的主電路為星形連接三相橋式主電路，這種電路主要有兩種導通方式：二二導通方式和三三導通方式。二二導通方式是指每一瞬間有兩個功率管導通，每隔1/6周期（60°電角度）換相一次，每次換相一個功率管，橋臂之間左右互換，每個功率管導通120°電角度。三三導通方式是在任一瞬間使三個開關管同時導通，同樣每隔60°電角度換相一次，每次換相一個功率管，但換相發生在同一橋臂上下管之間，因而每個功率管導通180°電角度。永磁無刷直流電動機工作原理示意圖第6頁/共16頁第六頁，共17頁。無刷直流電動機開關管導通順序

通過檢測定子繞組未導通相的反電勢過零點來確定轉子的位置，以便發出相應的切換信號。主電路為三相橋式全控星形連接的無刷直流電動機的等效電路，在二二導通方式下，各導通管腳、繞組電流及反電勢波形如圖所示。在圖中我們看到，功率管的切換發生在反電勢過零后延遲30°的地方。因此，只要檢測出了反電勢過零點，就能正確進行功率管的切換。永磁無刷直流電動機開關管導通順序第7頁/共16頁第七頁，共17頁。本設計采用高壓側功率管調制方式，而低壓側只是在電機換相時導通或關斷，不導通相得反電動勢可以在PWM高電平和相電流續流階段中被檢測出來。如圖所示，在一個PWM調制周期中，當PWM信號為低電平相電流處于續流狀態時，高壓側功率管SW1關斷，相電流經由功率管中集成的續流二極管VD1，在A相和B相繞組中續流。在這個續流階段中，不導通相端電壓同樣可以檢測出反電動勢的過零點。

BLDC反電勢過零點檢測方法

BLDC運行時三相端電壓電路第8頁/共16頁第八頁，共17頁。圖中所示為所設計的無位置傳感器控制系統總體結構。其中，經限幅電路輸出的三個反電動勢信號經過過零比較器，輸入到控制器中，由控制器判斷出過零點，進過DSP內部控制算法后輸出6路PWM信號給三相逆變橋，對無刷直流電機進行換相和調速，從而可以進行相應的換相控制。無位置傳感器控制系統總體結構第9頁/共16頁第九頁，共17頁。

系統框圖一個典型的DSP最小系統如圖所示，包括DSP芯片、電源電路、復位電路、時鐘電路及JTAG接口電路。考慮到與PC通信的需要，最小系統一般還需增添串口通信電路。DSPTMS320F2812復位JATG電路電源電路串口通信時鐘電路第10頁/共16頁第十頁，共17頁。

電源電路和復位電路DSP系統一般都采用多電源系統,電源及復位電路的設計對于系統性能有重要影響。TMS320F2812是一個較低功耗芯片,核電壓為1.8V,IO電壓為3.3V。本文采用TI公司的TPS767D318電源芯片。該芯片屬于線性降壓型DC/DC變換芯片,可以由5V電源同時產生兩種不同的電壓(3.3V、1.8V或2.5V),其最大輸出電流為1000mA,可以同時滿足一片DSP芯片和少量外圍電路的供電需要,該芯片自帶電源監控及復位管理功能,可以方便地實現電源及復位電路設計。復位電路原理圖如圖所示。第11頁/共16頁第十一頁，共17頁。本設計采用的是內部振蕩器，在X1/XCLKIN和X2兩個引腳之間連接一個石英晶體。晶體電路如圖所示。JATG接口用于上位機與目標板之間相互傳輸數據和信息，通過JATG接口可以將程序下載到DSP的程序存儲器中如圖所示。時鐘電路

JATG接口電路時鐘電路和JATG接口電路第12頁/共16頁第十二頁，共17頁。如圖所示，為6路PWM信號脈沖驅動電路。該電路有一塊IR2130芯片所組成，IR2130工作時，從脈沖形成部分輸出的6路脈沖信號，經3個輸入信號處理器，按真值表處理后，變為6路輸出脈沖，其對應的驅動3路低電壓側功率MOS管的信號，經3路輸出驅動器放大后，直接送往被驅動功率MOS器件的柵源級。而另外3路高壓側驅動信號H1~H3先經集成于IR2130內部的3個脈沖處理和電平移位器中的自舉電路進行電位變換，變為3路電位懸浮的驅動脈沖，再經過對應的3路輸出鎖存器鎖存，并經嚴格的驅動脈沖欠壓與否檢測后，送到輸出驅動器進行功率放大，最后才被加到驅動的功率MOS期間的柵源極。這6路脈沖輸出后，就可以加載到IGBT模塊進行三相電路換相操作。驅動電路

第13頁/共16頁第十三頁，共17頁。位置檢測和計算程序流程圖開始初始定位功率管初始化過零點？確定換相時刻速度計算和調節占空比結束功率管導通YN第14頁/共16頁第十四頁，共17頁。謝謝各位老師！第15頁/共16頁第十五頁，共17頁。感謝您的觀看！第16頁/共16頁第十六頁，共17頁。內容總結論文框架。要求充分了解PWM控制電機的原理、嵌入式處理器原