一、 概述
無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。
永磁無(wú)刷直流電機(jī)（Permanent Magnet Brushless DC Motor以下簡(jiǎn)稱(chēng)PMBLDC）由于其固有的特點(diǎn)，在家用消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品（空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)）和IT周邊產(chǎn)品（打印機(jī)、軟驅(qū)、硬驅(qū)）中得到廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的發(fā)揮，除電機(jī)本身的設(shè)計(jì)以外，還要靠驅(qū)動(dòng)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)這一驅(qū)動(dòng)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)板來(lái)保證。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板又是連接上位控制MCU和電力電子變換器的橋梁：它接收上位機(jī)的命令，通過(guò)一定的控制方法，來(lái)達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)；同時(shí)把當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)及一些基本參數(shù)返回給上位控制的MCU。由上述對(duì)PMBLDC驅(qū)動(dòng)板應(yīng)達(dá)到的功能可知，此類(lèi)驅(qū)動(dòng)板的核心器件應(yīng)是帶多路（6路以上）PWM輸出的嵌入式微控制器。由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)INTEL MCS-51系列單片機(jī)的應(yīng)用有了廣泛基礎(chǔ)，我們選用了完全采用8031核，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)40MHz的Infineon C504嵌入式微控制器。
二、 C504的硬件驅(qū)動(dòng)模式
C504在8031核的基礎(chǔ)上，除了增加A/D轉(zhuǎn)換等外圍接口功能電路外，還增加了非常適合于電機(jī)控制的7路全數(shù)字PWM輸出單元CCU（Capture/Compare Unit，捕捉比較單元）。CCU的功能框圖如圖1所示。當(dāng)C504工作在硬件驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，cout3可以調(diào)制cc0,cout0,cc1,cout1,cc2,cout2上面，而且其輸出的時(shí)序由INT0，INT1，INT2編碼控制。
在圖1中，左邊的fosc/2是整個(gè)單元工作的時(shí)間基準(zhǔn)；
CTRAP端可控制cc0-cout2輸出端狀態(tài)，處于CTRAP狀態(tài)時(shí)cc0～cout2的狀態(tài)可軟件定義；
cc0-cout2端為3相6路16位PWM輸出；
ccx和coutx（x=1,1,2）為互補(bǔ)信號(hào)，并且可以通過(guò)設(shè)置Offset RegiSTer的數(shù)值來(lái)控制其死區(qū)時(shí)間；
cout3是單路10 bit PWM輸出端，而INT0～I(xiàn)NT2是外部控制，通過(guò)INT0～I(xiàn)NT2的編碼來(lái)控制cc0～cout2的輸出次序。
圖2是C504使用在一臺(tái)外轉(zhuǎn)子的永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為電動(dòng)自行車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，工作在硬件模式下的電流波形。
這臺(tái)樣機(jī)現(xiàn)在已由杭州光陽(yáng)機(jī)電技術(shù)有限公司投入生產(chǎn)。當(dāng)用作電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)的永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用嵌入式微控制器控制時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)等一系列普通模擬控制器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。
三、 C504的軟件驅(qū)動(dòng)模式
C504除了提供硬件驅(qū)動(dòng)模式外，另外還提供了可以任意組合PWM輸出的軟件驅(qū)動(dòng)動(dòng)模式，如圖3所示。
所講任意組合有兩層含義：
1）制的電機(jī)的相數(shù)可以選擇，并可用不同的ccx和coutx（x=0，1，2）端；
2）控制的方法可以是一般的PWM，也可以是SPWM控制，這一點(diǎn)可以應(yīng)用到PMBLDC的準(zhǔn)正弦電流控制中。
圖4是控制一臺(tái)DCDD（DC Direct Drive）洗衣機(jī)的電流波形。從圖中可以看出其電流波形已非常接近正弦，取得了良好的控制效果。
