无刷直流风扇电机180°正弦波控制

  一般采用无刷,因其无励磁绕组、无换向器、无电刷、无滑环,结构比一般传统的交、电动机简单,运行可靠,维护简单。与鼠笼型感应电动机相比,电机花键其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当,但由于没有励磁铁耗和铜耗,功率在300W以下时,其效率比同规格的交流

  无刷一般采用方波驱动,采用霍尔传感器采样转子位置,以此为基准信号控制绕组强制换相。这种方案控制方法简单,成本低,在目前电动车方案中应用广泛。但由于方波驱动换相时会出现电流突变,导致转矩脉动较大,转动不平稳,噪声指标较差,难以在家电应用领域推广。而正弦驱动可以避免换相时的电流突变,虽然最大转矩会降低,但在噪声指标上有明显的优势。

  通常电机变频控制都采用DSP实现,还需要提供传感器精确检测转子位置,可实现高精度控制,但DSP方案开发成本和应用成本都很高,家电应用对价格非常敏感,传统的DSP电机矢量控制方案比较难推广。由于某些家电应用对动态响应等性能要求不高,如风扇,可以用稍微降低性能但大幅度降低成本的方案来代替DSP方案。本文提出了8位单片机的正弦波驱动方案来满足这种需求。

  本方案控制核心为一颗集成PWM发生器的8位单片机――中颖SH79F168,其内部框图如图1所示。此MCU采用优化的单机器周期8051内核,内置16KB闪存,兼容传统8051所有硬件资源,但最高指令执行速度提高12倍,采用JTAG在线MHz振荡器,同时扩展了如下功能:双DPTR指针;16位×8乘法器和16位/8除法器;3通道12位带死区控制PWM,6路输出,输出极性可单独设定,提供中心对齐和边沿对齐模式;集成故障检测功能,可瞬时关闭PWM输出;内置放大器和比较器,可用作电流放大采样和过流保护;提供硬件抗干扰措施,例如PC指针溢出复位等;提供Flash自编程功能,可以模拟用做EEPROM,方便存储参数。

  由于集成PWM发生器和电流放大/比较器,一颗SH79F168就可以完成所有控制功能,而且采用8051内核,上手容易。

  整个系统采用SH79F168为主控MCU,MCU输出的PWM信号直接和功率模块连接,电机花键控制功率管的通断。同时MCU还负责电压电流ADC检测,霍尔位置检测,速度给定输入转换,实际转速信号输出以及电机控制算法等功能,结构如图2所示。

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