TB6588FG的无传感器BLDC电机控制器设计

2011-03-10 14:56:36来源: 互联网 关键字:电机控制器  设计

摘要:无传感器BLDC电机具有直流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,现已广泛应用于工业控制的各个领域。本设计方案采用东芝三相直流无刷驱动器TB6588FG和MSP430F12012作为核心硬件电路,详细介绍了电机调速控制电路、电机保护电路和电机速度调速的信号检测及调整的软件实现方法。
关键词:TB6588FG;三相无刷电机;MSP430F2012

引言
    永磁无刷直流电机及其控制一直是电机发展的研究热点。无刷直流电机体积小,效率高。它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点,又具备直流电机那样良好的调速特性而无机械式换向器,现已广泛应用于工业控制的各个领域。本控制系统设计了以SP430F201 2单片机及TB6588FG集成驱动器为核心的硬件平台,微处理器采集TB6588FG的速度反馈脉冲,利用数字电位器调整电压来进行闭环速度控制。
    在无传感器无刷直流电机的控制中,转子位置的判断、电机的启动及电流的换相均由控制系统完成,功能十分复杂,对控制装置的硬件与软件设计提出了很高的要求。采用基于DSP的无传感器无刷直流电机控制方法,借助DSP的强大的运算处理能力,完成软件实现的反电动势检测换相和开环启动,在电路设计上较为复杂,与阀门控制系统要求电路设计简单的要求相矛盾,而且在软件的编制上也有一定的难度。本设计采用的TB6588FG专用控制器,使系统控制电路十分简单,内部具有驱动电路,不需外配MOS管,也无需使用DSP等高端控制器芯片,只需要使用一颗普通的MSP430就能完成系统的控制功能。软件上大大简化,微处理器只需对外面的开关信号做出处理,就能实现电机可靠的运转。

1 系统总体设计
    在阀门控制设计中,对设计者的最大挑战是如何电路设计简单,在有限的空间里放置电子元器件。本设计中采用MSP430F2012作为系统的控制核心,处理电机的启停、速度检测、速度调节,并对外面的开关量进行处理。将有关电机的所有控制功能交给TB6588FG处理,系统的硬件框图如图1所示。

a.JPG


    TB6588FG是为三相无传感器无刷直流电机驱动而设计的专用控制芯片,通过改变模拟电压改变PWM的占空比,来调节速度。驱动电机的电流典型值为1.5 A,峰值高达2.5 A,具有过流保护功能。供应电压为7~42V。具有正反转控制功能。具有控制星形连接的无传感器无刷直流电机的所需要的全部功能,主要功能包括:启动电路,反向电动势换相控制,PWM速度控制,欠压限流保护等。使用TB6588FG,无论从硬件上还是软件上,减少了单片机的工作量,用体积小、价格很便宜的MSP430F2012,就可完成所有的工作。单片机主要完成电机速度脉冲检测,然后控制算法调节数字电位器,来改变控制速度的模拟电压,调节速度。TB6588FG具有欠压限流功能,实现对电机的保护。

2 电机控制电路设计
     TB6588FG电机控制电路如图2所示。

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3 电机启动
    电机的启动基于VSP的模拟输入电压。当此电压大于1 V时,电机开始启动,此时电机处于静止状态,电机的转子的位置不能确定。首先通过一个激励电压,使电机进入直流激活模式。当电机转动的时候,检测到电机线圈的反向电动势。然后驱动器进入强迫通信模式,强迫通信模式的时间被外部的电容来决定。如图3所示,a阶段是DC激活时间,DC激活时间的调整公式为TFIX=0.69×C2×R1。b阶段是强迫通信时间,不同的电机通过改变C1和C2电容的值可用来调整电机的启动。

c.JPG

 

4 过电流保护电路
    阀门控制在实际应用中经常会发生电机堵转的意外情况,电机堵转可能会造成电源和电机的烧毁。TB6588FG的限流保护是通过内部的比较器来实现的,如图4所示。驱动器内部具有一个比较器,负输入端固定电压为0.5 V,流过电机线圈的电流通过R1电阻的采样送入驱动器内部,通过驱动器内部的滤波网络接入比较器的正输入端。如流过R1的电流大于设定值,则此电压会大于0.5 V,驱动器关闭内部驱动电路。在此电路中R2和C2是起RC滤波作用,防止PWM切换时的噪声引起的保护误动作。如当R1=0.33 Ω时,最大限流电流为:Iout=0.5 V/0.33 Ω≈1.5 A。

d.JPG

5 速度检测控制
5.1 速度检测
    TB6588FG具有速度输出脚FG_OUT,电机没有启动或电机发生异常时此脚输出为低电平。当电机被正常启动,此脚输出速度信号,MSP430 F2012定时器具有捕获功能,通过捕获速度脉冲的上下沿来算出速度,然后去调整数字电位器的阻值来调整控制速度的电压。
5.2 速度调节电路
    CAT5119具有32为节点,阻值为10 kΩ的数字电位器。通过MSP430F2012的两个I/O口来进行调节,调节方式是UP/DOWN。通过设置CAT51 19可使阻值最大调整为10 kΩ,最小为100 Ω,这样控制速度的范围为500~2500转/min,如当需要调整转速为1200转/min时,通过动态调整数字电位器的阻值,来适应负载的变化,使速度稳定在设定的范围上。模拟调压电路如图5所示。

e.JPG


5.3 程序软件流程
    因为采用电机专用驱动芯片,所以电机的控制软件就很简单,主要的工作就是设置MSP430F2012的内部定时器的工作方式。其具有两个捕获定时器,捕获的触发方式选择上下沿捕获,然后把两次捕获的定时器的数字相减,就可得出速度。如果跟设定有误差,通过调整模拟电压来调整速度。软件调速的中断服务程序流程如图6所示。

f.JPG

 

结语
    针对阀门的无传感器三相无刷电机控制系统的特点,采用MSP430单片机结合TB6588FG设计的电机调速控制系统。利用了TB6588FG的硬件电路,简化了整体的电路设计,同时降低了软件的编程难度,使整个系统更加稳定可靠。

关键字:电机控制器  设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0310/article_5061.html
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