電機(jī)控制器模塊設(shè)計(jì)三大要點(diǎn)

一、大電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)

        電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)大電流驅(qū)動(dòng)，又是一個(gè)電感性負(fù)載，控制器在運(yùn)行時(shí)不可避免有干擾引入，因此除了在硬件布局，布線上注意外，軟件上也要做相應(yīng)的抗干擾措施以避免錯(cuò)誤的換向動(dòng)作。考慮到輸入到單片機(jī)的換相信號(hào)容易受干擾，加上線路上濾波電容的影響，單片機(jī)程序在讀取換相信號(hào)時(shí)應(yīng)至少連續(xù)讀取3次，以3次信號(hào)完全一致時(shí)才采用該值作為換相信號(hào)的真值，如果其中一次不對(duì)，那么干脆就重新再讀3次，這就是一個(gè)有抗干擾措施的鑒相過程。取得換相信號(hào)后，我們將其與上次讀到的值做對(duì)比，如果相同，則表示沒有換相，如果不同，則要跟據(jù)這個(gè)值去取得一個(gè)相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)動(dòng)作。這個(gè)過程可以使用逐項(xiàng)比較法、查表法等來實(shí)現(xiàn)。

圖1  永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖

        市面上有兩種電機(jī)，即所謂的120°和60°霍爾信號(hào)，這個(gè)角度代表三個(gè)霍爾器件輸出的三相電信號(hào)其相位角相差的角度，其實(shí)這里面的區(qū)別僅僅是電平的不一樣，在馬達(dá)內(nèi)部的安裝上，位置沒什么不同，只是中間一相的相位相反，所以仍然是六種信號(hào)對(duì)應(yīng)六種驅(qū)動(dòng)，軟件上將表稍作調(diào)整即可。需要提一下的是，在120°的霍爾信號(hào)中，不可能出現(xiàn)二進(jìn)制0B000和0B111的編碼，所以在一定程度上避免了因霍爾零件故障而導(dǎo)致的誤操作。因?yàn)榛魻栐情_路輸出，高電平依靠電路上的上拉電阻提供，一旦霍爾零件斷電，霍爾信號(hào)輸出就是0B111。一旦霍爾零件短路，霍爾信號(hào)輸出就是0B000，而60°的霍爾信號(hào)在正常工作時(shí)這兩種信號(hào)均會(huì)出現(xiàn)，所以一定程度上影響了軟件判斷故障的準(zhǔn)確率。目前市面馬達(dá)已經(jīng)逐漸舍棄60°相位的霍爾排列。

二、限流驅(qū)動(dòng)模塊

        這是整個(gè)控制器的靈魂，如果限流驅(qū)動(dòng)沒做好，其他功能再好還是一個(gè)字：燒!。電動(dòng)車控制器的電子開關(guān)均使用功率MOSFET控制，MOSFET的最大允許電流，最大允許功耗都有其限制，如果沒有電流控制，或者電流控制不好，均會(huì)導(dǎo)致功率MOSFET的燒毀，從而導(dǎo)致整個(gè)控制器報(bào)廢，因此電流控制是本程序的重中之重，這個(gè)做不好，其它功能一概免談。說起來嚴(yán)重，其實(shí)做起來，摸到竅門也是很簡(jiǎn)單的，其秘訣也只有四個(gè)字：準(zhǔn)確，及時(shí)。

圖2  專用集成芯片的控制器電路圖

        電流信號(hào)經(jīng)康銅絲采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。具體電路見硬件部分。放大器用來實(shí)時(shí)放大電流信號(hào)，放大倍數(shù)大約6.5倍，放大后的信號(hào)提供給單片機(jī)進(jìn)行AD采樣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得數(shù)字用來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號(hào)送至比較器，當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過允許值，比如一只MOSFET擊穿或誤導(dǎo)通時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)送出低電平，觸發(fā)單片機(jī)的INT0外部中斷，使單片機(jī)能夠快速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)，從而保護(hù)MOSFET避免更大傷害。

三、剎車斷電模塊

        電動(dòng)車在剎車手柄附近裝了一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，一方面在剎車時(shí)點(diǎn)亮剎車燈，一方面給控制器提供一個(gè)剎車高或低電平信號(hào)，各廠家不一定，在電路上作一些電平轉(zhuǎn)換很容易就可以提供給單片機(jī)一個(gè)準(zhǔn)確的信號(hào)，我們可以采用數(shù)字測(cè)量的方法測(cè)量這個(gè)電平是高還是低，也可以使用AD去測(cè)量有幾伏，總之監(jiān)測(cè)到這個(gè)信號(hào)后必須關(guān)閉所有的驅(qū)動(dòng)輸出和PWM輸出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)剎車斷電。