純電動車無刷直流電機控制器設計

楊 彬，陳裕平（廣西科技大學電氣與信息工程學院，廣西 柳州 545006）

純電動車無刷直流電機控制器設計

楊 彬，陳裕平
（廣西科技大學電氣與信息工程學院，廣西 柳州 545006）

本文以單片機PIC16F877A為控制芯片，基于Proteus和MPLAB設計了無刷直流電機控制器的主電路和主程序模塊并進行了仿真，實驗結(jié)果表明設計的控制器能正常工作，滿足電機的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速要求。

PIC16F877A；無刷直流電機；Proteus

1 引言

當今國內(nèi)外純電動車采用的驅(qū)動電機主要分為異步電機、開關(guān)磁阻電機和無刷直流電機[1]，而直流無刷電動機具有工作效率高、技術(shù)成熟可靠以及成本低的優(yōu)點，能更好的滿足電動車用驅(qū)動電機的性能要求，因此本文以無刷直流電機為研究對象，通過運用Proteus軟件設計了車用電機控制器的主電路、驅(qū)動電路、逆變電路和位置檢測電路等硬件電路，采用Mplab設計了控制器主程序模塊并進行了仿真，實驗結(jié)果表明設計的控制器能滿足電機的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速要求。

2 基于Proteus的硬件電路設計

控制器的硬件設計主要有：控制器芯片外圍電路設計、驅(qū)動電路設計、逆變電路設計和位置檢測電路設計等[2,3]。

2.1 功率驅(qū)動電路設計

功率驅(qū)動采用三相全橋驅(qū)動[2]，通過單片機輸出端口連接三個驅(qū)動芯片IR2101，三個驅(qū)動芯片IR2101控制六個MOSFET管導通。圖1為1路的功率驅(qū)動電路圖，其中D1為充電二極管，C2為自舉電容。工作原理：當HIN輸入為高電平，且LIN為低電平時，H0輸出為高電平，驅(qū)動MOS管Q1；當HIN輸入為低電平，且LIN為高電平時，L0輸出為高電平，驅(qū)動MOS管Q2。按此規(guī)律驅(qū)動六個MOS管以驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

圖1 功率驅(qū)動電路圖

2.2 控制芯片外圍電路設計

控制芯片外圍電路如圖2所示。單片機PIC18F877A通過不斷讀取RB0、RB1和RB2的3路信號（霍爾位置傳感器傳來的信號），通過程序查詢開關(guān)切換表，從RD端口輸出相應的驅(qū)動信號給IR2101芯片驅(qū)動MOS管導通，使得電機運轉(zhuǎn)，其中RB5和RB6接的是電機正反轉(zhuǎn)選擇按鈕。

3 仿真結(jié)果分析

在Proteus軟件上將生成的hex文件導入其控制芯片中，進行實驗調(diào)試。圖3為電機正常工作時的各相端電壓波形，由于制作工藝的原因，波形與理想的方波稍有差別，但當轉(zhuǎn)速越來越高時，端電壓波形越接近方波。

此外，在每一次換相的瞬間，每相的端電壓都出現(xiàn)一條尖峰，其幅值略高于端電壓幅值，這是由于MOSFET開關(guān)管開啟瞬間電流灌充進開關(guān)管引起的現(xiàn)象，如MOSFET管制作工藝較好，尖峰幅值會相應降低，但不能做到完全消除。此外，在較高頻率的脈寬調(diào)制系統(tǒng)中，流經(jīng)電機的電流變化比較大，容易產(chǎn)生寄生地電壓，并且元器件開關(guān)損耗和電機噪聲的問題也會導致控制電路也在一定程度上受到影響[5]，使波形出現(xiàn)許多毛刺。

圖2 控制芯片外圍電路

圖3 轉(zhuǎn)速為800RPM時各相端電壓波形

4 結(jié)論

本文通過運用Proteus仿真軟件，完成了無刷直流電機控制器的主電路和主程序模塊設計并進行了仿真。實驗結(jié)果表明，設計的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)電機的調(diào)速、正反轉(zhuǎn)，并且電機的啟動性和穩(wěn)定性均比較好，這對實際純電動車控制器的硬件電路設計有參考意義。

[1]牛海清,謝運祥.無刷直流電動機及其控制技術(shù)的發(fā)展[J].微電機,2002（35）.

[2]金鑫.永磁無刷直流電機的設計與電磁分析[D].南京理工大學,2013.

[3]劉宏.基于DSP的直流無刷電機電子調(diào)速器系統(tǒng)設計[J].黑龍江科技信息,2009（16）.

[4]許家群,宗立志,段建民.無刷直流電機相序測定實用方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008（17）:117-119.

[5]王強.電動叉車用無位置傳感器無刷直流電機控制技術(shù)研究[D].重慶大學,2007.