无位置传感器的无刷直流电动机控制系统
&&&无位置传感器的无刷直流电动机控制系统，程序算法较复杂，且不适于应用在低速及启动状态，目前绝大部分BLDCM控制系统仍然采用位置传感器。在种类众多的位置传感器中，霍尔元件以价格低廉、使用方便等优点被大量应用。 &引言& &&&&直流电机由于调节特性好，堵转转矩大，被广泛应用于驱动装置及伺服系统。& &&&&但是有刷直流电动机结构复杂，需要通过电刷换向，会产生火花并导致电磁干扰等问题，从而使有刷直流电动机的转速及安全等级不能满足很多场合中的工业生产需要，使应用范围受到限制。& &&&&电子器件制造工艺的进步，使制造大功率电子换向器成为可能，也使无刷直流电动机（BLDCM）技术有了飞速发展。无刷直流电动机既具有传统直流电动机的优点，又由于采用电子换向器，从而克服了机械换向带来的一系列问题，使无刷直流电动机成为当前电动机控制领域的热门课题，并且已经被大量应用于生产生活。目前很大一部分电动自行车都使用BLDCM作为驱动元件。& &&&&无位置传感器的无刷直流电动机控制系统，程序算法较复杂，且不适于应用在低速及启动状态，目前绝大部分BLDCM控制系统仍然采用位置传感器。在种类众多的位置传感器中，霍尔元件以价格低廉、使用方便等优点被大量应用。本文提出了基于NEC16位单片机UPD78F1201，并以霍尔元件作为位置传感器的BLDCM控制系统解决方案。& &&&&无刷直流电动机控制原理& &&&&带位置传感器的无刷直流电动机控制系统结构如图1所示。& &&&&位置传感器通常是光电编码器、霍尔传感器或正余弦旋转变压器。光电编码器和正余弦旋转变压器精度高，但价格昂贵，所需算法也较复杂，主要应用于仿真转台或精密数控机床等。霍尔传感器结构简单、价格低廉，在BLDCM控制系统中应用很广，电动自行车中通常采用霍尔传感器。在电动机定子上间隔120&电角度放置3个霍尔传感器，即可满足BLDCM的换相控制需要，而且可以通过检测霍尔传感器输出信号的频率或脉冲宽度，来检测电动机转速，实现速度闭环。& &&&&驱动电路大部分采用全桥电路，通过调节功率器件的开关顺序来实现BLDCM的换相控制，并可以实现电动机的正反转控制。通过在上下桥臂都调制PWM信号来平衡功率器件的工作压力，来延长其工作寿命。& &&&&控制器部分通常使用单片机或DSP。控制器通过读取位置传感器信号来检测BLDCM的转子位置，从而决定换相策略，输出控制信号到驱动电路，控制功率器件的开关顺序，使电机可以连续转动。通常，BLDCM控制系统还具有速度闭环及过流保护功能。& &&&&图2是120&霍尔无刷直流电动机的换相时序示意图。在本设计中采用此换相时序，根据检测到的霍尔信号来决定换相策略，由图中可见，只在上桥臂采用了PWM控制，而下桥臂控制信号并未调制PWM信号。此方法的优点就是易于实现，但会带来上桥臂功率器件工作压力大，使用寿命低于下桥臂器件。& &&&&三路霍尔的输出信号可以组成6种位置信息，通过此位置信息，来控制换相。例如，当H1H2H3组成的编码为101（高电平为1，低电平为0）时，电流从电动机U相流入，V相流出；当H1H2H3变为100时，电流从U相流入，W相流出。在这样的控制方式下，电动机实现连续转动。& &&&&系统设计& &&&&UPD78F1201是NEC公司面向变频控制应用的16位单片机，它具有较为丰富的硬件资源，包括硬件乘法器、除法器、变频计数器及实时输出功能等，都为BLDCM控制带来了便利。 & &&&&UPD78F1201CPU时钟最高频率为20MHz，计时器时钟40MHz，采用16位78KOR处理核心，指令执行速度更快，效率更高，并在单片机内集成了大量的功能强大的外围设备，例如看门狗、DMA控制器、上电清零电路、低压检测电路等，降低系统成本，并提高系统可靠性。UPD78F1201内建了16位乘16位的硬件乘法器和32位除32位的硬件除法器，能够在1个时钟周期内完成乘法运算，在16个时钟周期内完成除法运算，极大地提高了单片机的运算性能。& &&&&此单片机设计用于电机变频控制，所以在内部有变频控制功能及实时输出功能。通过计时器矩阵单元（TAUS），可以设置6路PWM波的周期、占空比、死区时间等，与实时输出功能配合，可以简化BLDCM控制算法，从另一个角度提高系统性能。& &&&&本系统所使用的电机为BLY171S，三相无刷直流电动机，带有120&霍尔传感器，最高转速8000r/min，额定电压15V。通过变阻器输入速度控制信号。单片机输出六路控制信号，控制三相全桥驱动电路，根据变阻器输入电压值来调节PWM占空比，调节电机转速。单片机通过外部中断来检验霍尔传感器的输出信号，并根据电机转动方向来决定换相策略。在TAUS中设置PWM的占空比及死区时间，通过实时输出功能，将PWM波调制到响应的功率器件。系统硬件结构框图如图3所示。& &&&&& &&&&结论& &&&&电动机三相绕组的电压波形如图4（a）所示，波形从上到下依次为U、V、W三相。图4（b）为V、W两相的控制信号，从上到下为VB、VT、WB和WT。& &&&&利用NEC的UPD78F1201单片机设计的无刷直流电动机控制系统，结构简单，易于实现。本文仅简单介绍了无刷直流电动机控制系统的实现方法，目前，NEC电子公司可向客户提供完整的无刷直流电动机控制解决方案，并努力扩大针对电动机控制的MCU产品种类和生产能力，会有更多的产品应用于空调、冰箱以及电动车等领域。
（本文来源：，转载请注明出处）
仪表网官方微信
全年征稿 / 资讯合作
联系邮箱：
版权与免责声明
凡本网注明"来源：中国仪表网"的所有作品，版权均属于中国仪表网，转载请必须注明中国仪表网，/。违反者本网将追究相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品来源，并自负版权等法律责任。
如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
随着工业发展，阀门市场也随之渐变，近期，小编对2017
近日，为庆祝成立十五周年，天健创新(北京)监测仪表股
东平湖是南水北调工程的重要枢纽，湖内布设国控水质考
国内专业煤质分析仪器研发、生产、销售于一体的仪器厂
仪表大小事，只需看数字。
山西左权县市场监督检验所对左权燃气公司送检的200块
金卡雅泰科预计注册资本为人民币1000万元。其中金卡智
随着工业发展，阀门市场也随之渐变，近期，小编对2017
4月7日，国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”专
近日，广东省财政厅发布通知，对完善省属高校、科研院
霍尼韦尔于4月13日在上海举办“至联致远”主题活动，
高校、企业和科研院所闲置的实验仪器，通过网络平台可
日，EmersonPlantweb数字生态系统发布会在杭州完日-4日，第二十二届中西部仪器仪表展览会，在重庆日-4日，第二十二届中西部仪器仪表工控自动化展览日-4日，第二十二届中西部仪器仪表工控自动化展览
智慧城市2017全球物联网启动大会。农田管家流量计安装流程。IC卡智能水表操作说明。单相智能电表安装简介。君，已阅读到文档的结尾了呢~~
3相无刷直流马达带霍尔传感器120度方波驱动解决方案
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
3相无刷直流马达带霍尔传感器120度方波驱动解决方案
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer-.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口第23卷第1期2005年2月；文章编号:05)01-0；JIANGXISCIENCE；西科学；Vol.23No.1；Feb,2005；罗(,)；摘要:,并对霍尔集成传感器进行了探讨；中图分类号:TM301.2文献标识码:B；TheApplicationofHallSens；LUONeng-zhi；(JiangxiRadio&T
第23卷　第1期2005年2月
文章编号:05)01-0061-04
JIANGXI　SCIENCE
Vol.23　No.1
摘要:,并对霍尔集成传感器进行了探讨。介绍了2。关键词:霍尔传感器;无刷电机;驱动
中图分类号:TM301.2　　　　　文献标识码:B
TheApplicationofHallSensorinNonbrushMotorDriveControl
LUONeng-zhi
(JiangxiRadio&TVUniversity,JiangxiNanchang330046PRC)
Abstract:Thearticledescribes
thehallelementusedfornonbrushmotorcontrolsystemandfurtherdis2cussestheapplicationofHallICsensor.TwomethodsforHallICsensorinnonbrushmotorcontrolcircuitarealsointroduced.
Keywords:Hallsensor,Nonbrushmotor,Drive
　　在无刷电机的驱动控制中,为了检测转子的位置通常采用霍尔元件,并将其感应信号用以传
送控制系统的位置或速度偏差电压ε,即利用霍尔元件的乘算功能产生同偏差成比例的无刷电机力矩。在实际应用中,若正确地使用霍尔集成传感器,可使得控制系统大为简化,其性能也更为稳定。
和磁场方向上的两个面之间会产生电动势,该电动势称霍尔电势,如图1所示。霍尔电势与磁场强度大小、激励电流等之间关系为:
UH=KHBIcosθ
1　霍尔元件用作无刷电机磁敏元件
1.1　霍尔元件工程原理
霍尔元件是基于霍尔效应原理,用半导体材料制成的。即通电导位置于磁场中,当它的电流方向与磁场方向一致时,载流导体上平行于电流
式中:KH为霍尔元件灵敏度(灵敏系数);
B为磁感应强度;
I为激励电流即流过霍尔元件的主流;
收稿日期:;修订日期:
作者简介:罗能之(1956-),男,江西南昌市人,江西广播电视大学副教授,1982年1月毕业于江西工学院电机专业。
?62?江西科学　　　　　　　　　　　　2005年第23卷和旋转永磁磁钢的磁极之间应保持近π
/2的力矩角,这样就能产生效果良好的力矩。
由此,可采用霍尔元件作磁敏传感器检出转子位置,用此信号来激励定子线圈,图2是霍尔元件用于无刷电机的磁极位置检测电路。由于电机转动时磁场的变化,使得霍尔元件H的输出电压改变,晶体管T1和T2,并从A和B,5F-MS-07F[2]。
θ为磁场方向与磁敏面在重直方向的夹角从上式可知,当环境温度和激励电流一定时,霍尔电势大小与磁场强度成正比,因此可通过检测霍尔元件输出的电压大小来检测出磁场的强弱。
1.2　霍尔元件用作无刷电机磁极位置检测
无刷电机中一般用永磁磁钢,在定子线圈中流过交流或脉动电流,利用产生旋转磁场的方法,可省去了电刷和整流子,而旋转磁场的磁极
2　采用霍尔元件的无刷电机驱动电
2.1　霍尔元件感应信号的放大驱动
经霍尔元件感应出的UH信号需经过驱动放大后用以激励定子线圈。图3为采用霍尔元件的无刷电机驱动电路,其工作原理是:利用2个霍尔元件H并接元刷电机的二相绕组,电动机绕组L1和L2以及L3和L4电气角有180°的相位关系,霍尔元件
H1和H2电气角有90°的相位关系。图3中的霍尔元件有2个作用:一是用来检出转子的位置,二是传送控制系统的位置或速度偏差
由于永磁转子的旋转,经霍尔元件的开关控制的电流在定子绕组依次产生旋转磁场,此时绕组中流过的电流同霍尔元件H中流过的电流成正比。
霍尔元件中流过的电流同电机转速偏差成比例的力矩。由于电流与速度偏差成比例,在非导通时电机绕组L中产生的感应电压经二极管D整流平滑化与可变电位器RP1的基准电压相比较,比较结果经放大可得到控制信号。霍尔元件采用恒流驱动方式,便于进行电流的切换。
　　图3中RP1用于调速,RP2用于电路平衡,热敏电阻R1用作温度补偿。根据T1、T2、T3、T4的选用和结构(例采用达林顿结构等)可以驱动相应功率的电动机。2.2　霍尔元件与无刷直流电机组成驱动电路本文介绍1种三洋公司的LB1690与霍尔元件结合应用于直流无刷电机的驱动控制。工作过程如图4所示,电源VCC经IC1芯片稳压后输出5V,一路经电容C6滤波后送LB1690,作为其工作电源;另一路经电阻R4、R6分压限流给霍尔元件供电。电机电流相位角度考虑,霍尔元件H1、H2、H3用于检测转子位置。霍尔元件检测到的信号经电容C7、C8、C9滤波,送到磁滞放大器,
第1期　　　　　　　罗能之:霍尔传感器应用于无刷电机驱动控制经信号处理后送逻辑运算器,最后输出6路信号,以一定的逻辑关系控制功率管T1～T6的导通和关断。T1～T6组成三相功率桥给电动机绕组供电;D1～D6为相应的反向续流二极管回路;A、B、C为无刷直流电机的三相绕组。在正常情况下,任一瞬间总有两个功率管导通,且有6种导通方式不断循环,每个循环对应电动机转过1对极,绕组电流变化一个基本周期。6种通电方式完全对称,所以在稳定运行情况下,无刷直流电机的机电能量总过程是1/
周期,C3、C4、C5为三相功率输出用以滤去高次谐波的滤波电容;C1、C2为电源VCC的滤波电容;Rf为限流电阻,当Rf上的电压超过0.5V时,功率桥下侧功率管便封闭输出,从而停止给电动机三相绕组通电,起到保护功率管的作用;R1、R2、R3、R5、R7以及三极管组成电机风机的运转,停
止控制电路,当CON6V时,三极管截止,
左右,此时风机
3　霍尔集成传感器应用于无刷电机
　　霍尔集成传感器是采用CMOS技术将霍尔
元件、放大器、施密特触发器以及输出电路等集成一块芯片上即成霍尔集成传感器,其优点是高度集成化,同样的功能集成在非常小的芯片上,将其应用于无刷电机驱动,因为输出信号较大,
性能稳定,使得电路更为简化与完善。3.1　利用UGN3235组成无刷直流电机驱动电路　　UGN3235是霍尔开关集成芯片,图5为UGN3235电路功方块图,其中包含一个霍尔电压产生器、两个施密特触发器、一个稳压器、两个输出晶体管、反向极性保护电路,稳定电路和保护电路。
?64?江西科学　　　　　　　　　　　　2005年第23卷决方案,只需要极少的外部器件。集成到IC中的是高灵敏度霍尔效应传感器、控制和转换器逻辑,稳定的稳压器,自我和系统保护功能及两个大电流饱和NPN输出。最大(缺省)输出负载电流对于UDN3625M一般是113A,而对UDN3626M是600mA。独立的低电平输出可为电机速度控。该器件,。供助于适当的外部制(PWM)速度控制[7]。
　　利用UGN3235组成无刷直流电机驱动电路详见图6。其中:L1、L2为电机绕组线圈,C1为去耦电容。两个独立输出开关对应于N极和S极,从2脚输出的响应从磁场S极来的正磁通,从3脚输出响应从磁场N极来的负磁通,经T1和T2管放大后驱动电机线圈,该电路由于UGN3235的使用使得电路非常简便[5]。
3.2　UDN3625M和UDN3626M霍尔传感驱动器
UDN3625M和UDN3626M流电机的功率霍尔传感器/,7为功能框图,
由于将霍尔元件应用于无刷电机控制系统,主要利用了电机定子中产生的感应电压,克服了电机运行在利用感应电压时由于电刷的接触电阻变化而造成速度不稳的缺点,特别是由于霍尔集成传感器卓越的性能且比使用速度传感器成本低,因此将霍尔集成传感器应用在电机控制技术上非常方便且应用面很广。
DCmotors[M].ClarendonPressOxford,1985.[2]　何希才.传感器及其应用电路[M].北京:电子工业
出版社,2001.
[3]　无刷电机的控制与应用[J].微特电机,-41.
[4]　王　岗,杨翠英.无刷直流电机驱动芯片的应用实
例[J].特微电机.
[5]　赵负图.现代传感器集成电路[M].北京:人民邮电
出版社,2000.
[6]　杜　尚.适合于无刷直流电机的功率霍尔传感器/
驱动器[J].电子产品世界,.
[1]　KenjoNagomoricTS.Permanent-magnetandbrushless
[7]　赵继文.传感器与应用电路技术[M].北京:北京科
学出版社,2002.
三亿文库包含各类专业文献、各类资格考试、中学教育、生活休闲娱乐、高等教育、外语学习资料、文学作品欣赏、专业论文、霍尔传感器应用于无刷电机驱动控制85等内容。　
　控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高, 性能价格比更好,是现代化调速驱动...霍尔传感器应用于无刷电... 4页 免费
无刷无 霍尔 直流电... 15页 免费 ... 　无刷直流电机的驱动及控制_工学_高等教育_教育专区...图中所示之驱动 系统通常较多用于电压源逆变器(VSI)... 位置传感器通常既可以是一只 3 元件霍尔... 　霍尔传感器在无刷直流电机上的应用_电子/电路_工程科技...通过电机中的永磁体 磁场和绕组中的电流产生驱动力...由 于北 极磁铁会通过霍尔传感器使电路转为释放状态... 　关键词:无刷直流电机 AT89C51 LM621 霍尔位置传感器 ― I― ABSTRACT ...而现在无刷直流电机应用于各个领域:如车 辆的驱动、家用电器的驱动、计算机的... 　无刷电机控 制板除了用于直流无刷电机, 还能用于其他...直流无刷电机是将同步电机加上电子式控制(驱动器),...无需碳刷 但需安装霍尔传感器来识别相位, 所以无刷... 　应用此检测方法构成的无 刷直流电机无位置传感器控制...该方法适用于120度导通模式方波驱动的永磁无刷直流 ...就可 以实现像霍尔传感器那样实现电机快速的零启动。... 　“与”, 产生 3 倍于一相霍尔传感器信号频率的...所以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的...数字 PID 算法在无刷直流电机控制器中的应用 摘要:... 　电机没有碳刷及 整流子,免维护,坚固,应用广,但特性上若要达到相当于直流电机...变动太大的速度控制, 所 以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor),... 　霍尔传感器在电动车中的应用及维护_电子/电路_工程科技_专业资料。霍尔传感器在...无刷电机控制原理图 当电机转动起来,控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减...