無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電力拖動(dòng)綜合課程設(shè)計(jì)專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 092 學(xué) 號(hào)： 37 姓 名： 拾 光 設(shè)計(jì)題目： 電動(dòng)自行車 設(shè)計(jì)報(bào)告格式25分設(shè)計(jì)內(nèi)容45分答辯考勤總計(jì)得分封面3頁(yè)面布局5目錄格式3圖表質(zhì)量4間行距、字體5頁(yè)眉頁(yè)腳5設(shè)計(jì)題目分析5系統(tǒng)控制方案8設(shè)備計(jì)算、選型7電氣原理圖調(diào)節(jié)器參數(shù)整定或程序設(shè)計(jì)101020主電路5控制電路5總圖5 2012年11月直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)目錄1 摘要無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)集電機(jī)、逆變電路、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，具有高可靠、高效率、壽命長(zhǎng)、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 

2、;根據(jù)項(xiàng)目參數(shù)要求，采用Mcrochip公司的PIC16F72單片機(jī)作為控制芯片，在硬件方面，進(jìn)行了微控制單元電路設(shè)計(jì)、邏輯互鎖電路設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子位置信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)、升壓電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件保護(hù)電路設(shè)計(jì)、三相全橋逆變電路設(shè)計(jì)、逆變器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和顯示電路設(shè)計(jì)。 在軟件方面利用匯編語(yǔ)言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)的控制原理，對(duì)系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行了詳細(xì)分析。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)狀態(tài)顯示面板程序模塊。利用數(shù)字PI控制理論實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)調(diào)制，提出了一種電機(jī)控制系統(tǒng)的接線模式自識(shí)別功能設(shè)計(jì)方案，能夠自動(dòng)識(shí)別電機(jī)的換相角度、霍爾相位和電機(jī)輸出相位。2 設(shè)計(jì)要求:某電動(dòng)自行車

3、自重40公斤，最高車速為30k m/h（城市平整路面），額定載重量為50公斤，要求采用直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的功率235w左右,電池電源的供電電壓為48v左右,設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的軟硬件，要求：1.對(duì)電機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。2.能用電動(dòng)車的把手進(jìn)行調(diào)速。3.有電剎車功能。3 電動(dòng)自行車原理3.1 電動(dòng)自行車的特點(diǎn)作為一種新能源綠色交通工具，電動(dòng)自行車具有以下特點(diǎn):    無(wú)污染:電動(dòng)自行車是以蓄電池發(fā)出的電源作為驅(qū)動(dòng)能源，運(yùn)行過程中無(wú)廢氣排放，不會(huì)對(duì)大氣造成污染；  低噪音、震動(dòng)小:電動(dòng)自行車采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，與用內(nèi)燃機(jī)的摩托相比，運(yùn)行產(chǎn)生的噪音顯著減小，通常要低10-

4、15db，且運(yùn)行比較平穩(wěn)；  效率高:摩托車、燃油助力車的效率一般只有30%左右，而電動(dòng)自行車采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)空轉(zhuǎn)損頭，電池能量的80%以上轉(zhuǎn)化成為動(dòng)力，而且可以在制動(dòng)時(shí)候進(jìn)行能量回饋，更加提高了他的能量利用率，其效率可高達(dá)到70%到80%以上；  安全、輕便、易維護(hù):電動(dòng)自行車的最高時(shí)速限制在30km/h以內(nèi)，只能在非機(jī)動(dòng)車道行使，可以快速起停，安全可靠。相對(duì)于摩托車，他的速度是大受限制，但在人口密集的城市城鎮(zhèn)是足夠了，能讓大眾普遍接受，而且他體積小、重量輕、整車質(zhì)量大概在30-50kg，即使沒電時(shí)腳踏騎行也不會(huì)費(fèi)勁，蓄電池是免維護(hù)的，電機(jī)的故障率也較低。3.2 電

5、動(dòng)自行車的組成部分電動(dòng)自行車一般由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、行車部分、操縱制動(dòng)部分、電氣儀表部分組成。動(dòng)力部分：電動(dòng)自行車的動(dòng)力部分通常有蓄電池和電機(jī)構(gòu)成，是電動(dòng)自行車的動(dòng)力來(lái)源。其性能的好壞，直接影響電動(dòng)自行車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。傳動(dòng)部分：電動(dòng)自行車傳動(dòng)部分的作用是將動(dòng)力部分輸出的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)使電動(dòng)自行車行使。通過變速器或調(diào)速器，使電動(dòng)自行車獲得行使所需要的驅(qū)動(dòng)力和速度，并保證電動(dòng)自行車的平穩(wěn)起步和停車，他有變速器、后傳動(dòng)裝置組成。行車部分：行車部分的作用是使電動(dòng)自行車構(gòu)成一個(gè)整體，支撐全車的總重量，將傳動(dòng)部分傳遞到的扭矩轉(zhuǎn)換成驅(qū)使電自行車行使的牽引力，同時(shí)承受吸收和傳遞路面作用于車輪上的各

6、種反作用力，確保電動(dòng)自行車正常、安全行使、他主要有車架、前減震器、前后輪、座墊等組成。操縱控制部分：操縱制動(dòng)部分的作用是直接控制行車方向、行使速度、制動(dòng)等，以確保電動(dòng)自行車行使安全，他有車把、制動(dòng)裝置、調(diào)速手把等組成。電氣儀表部分：電氣儀表裝置是保證車輛安全行使并反映車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要裝置，他使騎行者能正確、有效地對(duì)車輛行使適時(shí)地進(jìn)行控制。他由數(shù)據(jù)顯示裝置、充電器等組成。4 電機(jī)的選擇4.1 電機(jī)介紹直流無(wú)刷電機(jī)是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它是以法拉第的電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ),而又以新興的電子技術(shù),數(shù)字技術(shù)和各種機(jī)械原理為后盾。因此具有很強(qiáng)的生命力。1955年，美國(guó)D.哈利森等人首次申請(qǐng)用

7、晶體管換向電路代替電動(dòng)機(jī)電刷接觸的專利,即無(wú)刷直流電機(jī)的雛形,經(jīng)過多年的努力,人們終于在1962年試制成功了借助霍爾元件來(lái)實(shí)現(xiàn)換流的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。隨著比霍爾元件靈敏度高千倍左右的光敏二極管的出現(xiàn)。在20世紀(jì)80年代前后,又試制成功了借助光敏二極管實(shí)現(xiàn)換流的直流無(wú)刷電機(jī)。在德國(guó)N.米斯格林提出采用電容移相換流的方法基礎(chǔ)之上,R.哈尼特司等人試制成功借助數(shù)字式環(huán)分配器和過零鑒別器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)換流的無(wú)附加位置傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)。4.2 按工作特性分類1:具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電,借助位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置,所檢測(cè)出的信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的電子換向線路,以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式換流。該種

8、電機(jī)具有有刷直流電機(jī)的各種運(yùn)行特性。2:具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電,但通過逆變器將直流電變換成交流電,去驅(qū)動(dòng)一般的異步電動(dòng)機(jī)。4.3 按傳感方式分類:無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)分為電容移相式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和數(shù)學(xué)式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。4.4 無(wú)刷直流電機(jī)特點(diǎn)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)集電機(jī)、逆變電路、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，具有高可靠、高效率、壽命長(zhǎng)、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。無(wú)刷直流電機(jī)電動(dòng)自行車的發(fā)明和使用對(duì)解決燃油車造成的嚴(yán)重環(huán)境污染和緩解日益突出的能源危機(jī)問題有一定的現(xiàn)實(shí)意義。5 無(wú)刷直流電機(jī)工作原理5.1 稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)稀土永磁

9、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)成包括電動(dòng)機(jī)基體、開關(guān)電路、位置傳感器三部分，如圖為直流電動(dòng)機(jī)原理圖：圖5-1直流電動(dòng)機(jī)原理圖5.1.1電機(jī)基體  稀土永磁電動(dòng)機(jī)基體是由帶有電樞繞組的定子和永磁轉(zhuǎn)子組成。常用的有三種結(jié)構(gòu)形式:轉(zhuǎn)子鐵心外圓粘貼瓦片形稀土永磁體;轉(zhuǎn)子鐵心中嵌入矩形板狀稀土永磁體:轉(zhuǎn)子外套上一個(gè)整體粘結(jié)稀土磁環(huán)的環(huán)形永磁體。還有一種外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)，即帶有稀土永磁極的轉(zhuǎn)子在外，嵌有繞組的定子在里。5.1.2開關(guān)電路  開關(guān)電路由逆變器和驅(qū)動(dòng)電路組成。逆變器主電路有橋式和非橋式兩種。電樞繞組與逆變器聯(lián)接形式多種多樣，但應(yīng)用最廣泛的是三相星形六狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)

10、行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通與關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。5.1.3轉(zhuǎn)子位置傳感器  轉(zhuǎn)子位置傳感器是檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于電樞繞組軸線的位置，向控制器提供位置信號(hào)的一種裝置。它由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)同軸，以跟蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。5.2 電機(jī)的基本工作原理 一般永磁直流電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)子一電樞繞組通電后產(chǎn)生反應(yīng)磁場(chǎng)，由于電刷的換相作用，使得這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向在直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無(wú)刷換相，首先

11、要求把一般直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組放在定子上，把永久磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)正好相反，而且還要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同組成換相裝置，使得直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中由定子繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永久磁場(chǎng)，在空間中始終保持在90。左右的電角度，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).無(wú)刷 直 流 電動(dòng)機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式可以分為半橋驅(qū)動(dòng)和全橋驅(qū)動(dòng)，按繞組接法又可分為星形連接和角形連接。不同的繞組接法和驅(qū)動(dòng)方式的選擇將會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的性能并且成本也不同，主要從以下三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析:5.2.1繞組利用率 開關(guān)電路由逆變器和驅(qū)動(dòng)電路組成.逆變器主電路有橋式和非

12、橋式兩種。電樞繞組與逆變器聯(lián)接形式多種多樣，但應(yīng)用最廣泛的是三相星形六狀態(tài)驅(qū)動(dòng)電路將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通與關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào). 5.2.2轉(zhuǎn)矩的波動(dòng) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比普通直流電動(dòng)機(jī)大，因此希望盡量減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)越小，全橋驅(qū)動(dòng)比半橋驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)小。5.2.3電路成本 相數(shù)越多 ，驅(qū)動(dòng)電路所使用的開關(guān)管越多，成本越高，全橋驅(qū)動(dòng)比半橋驅(qū)動(dòng)所使用的開關(guān)管多一倍，因此成本要高。多相電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。綜合上述分析，三相電機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)方式綜合性能最好，應(yīng)用最多，本系統(tǒng)即是選擇的這種控制方式，下面

13、介紹三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)的基本原理。5.3 三相無(wú)刷直流電機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)原理  無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)的影響，在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。無(wú)刷直流電機(jī)控制器包括電源部分和控制部分，如圖所示。電源部分提供三相電源給電機(jī)，控制部分則按照需求轉(zhuǎn)換電源頻率。電源部分可以直接以直流電輸入或者以交流電輸入，如果是以交流電輸入就需先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流電。不論是直流電輸入或是交流電輸入，送入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由逆變器(inverter)轉(zhuǎn)成三相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。逆變器一般由六個(gè)功率晶體管

14、，分為上橋臂和下橋臂，連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)?？刂撇糠謩t提供PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)決定功率晶體管開關(guān)頻率及逆變器換相的時(shí)機(jī)。對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，一般希望速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)有太大的變動(dòng)，所以電機(jī)內(nèi)部裝有霍爾傳感器(hall-sensor)，作為速度的閉回路控制，同時(shí)也作為相序控制的依據(jù)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由霍爾傳感器感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置，決定開啟或關(guān)閉逆變器中功率晶體管的順序來(lái)控制，若系統(tǒng)要求加速，則增長(zhǎng)功率管導(dǎo)通的時(shí)間，若要求減速，則縮短功率管導(dǎo)通的時(shí)間，此部分工作由PWM脈寬調(diào)制信號(hào)控制。下圖是三相無(wú)刷直流電機(jī)工作原理圖和逆變器原理圖圖5-3-1三相無(wú)刷直流電機(jī)工作

15、原理圖圖5-3-2逆變器原理圖6 電動(dòng)車的控制部分設(shè)計(jì)6.1 本設(shè)計(jì)的主要工作 本對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，依據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)特性，針對(duì)電動(dòng)自行車的控制需求，進(jìn)行了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。  (1) 硬件部分 硬件部分以PIC16F72單片機(jī)作為控制芯片，逆變器由6個(gè)MOSFET管組成。通過微控制單元電路、逆變器驅(qū)動(dòng)電路等電路模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的智能控制以及欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等保護(hù)功能，可靠的對(duì)電動(dòng)車電機(jī)和電池進(jìn)行保護(hù)，確保電動(dòng)車使用及安全。 (2) 軟件部分 在軟件方面利用匯編語(yǔ)言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程.實(shí)

16、現(xiàn)了信號(hào)的采集及處理，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)自行車的電動(dòng)、定速和助力三種工作模式并且在系統(tǒng)出錯(cuò)情況下具有自檢功能。利用數(shù)字PI控制理論實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)調(diào)制。具體設(shè)計(jì) 如下:  選用PICI6P72單片機(jī)作為主控芯片;   采用開關(guān)型霍爾傳感器作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器;  通過對(duì)PIC單片機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車電動(dòng)、定速和助力三種工作模式;  通過硬件電路和軟件編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢、欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能;  通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車儀表盤顯示控制;  利用PI控制理論實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)調(diào)制;  提出一 種軟件電機(jī)接線模式自識(shí)別設(shè)計(jì)方案

17、. 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷直流電機(jī)的自動(dòng)控制，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，具有升級(jí)空間，便于用戶二次開發(fā).設(shè)計(jì)中，利用PIC開發(fā)環(huán)境完成軟件編寫和調(diào)試;利用邏輯分析儀和示波器等完成硬件調(diào)試;借助于電動(dòng)自行車實(shí)體，對(duì)軟硬件參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化.6.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電機(jī)用永磁體制成轉(zhuǎn)子，用定子繞組換相來(lái)代替電刷換相，用霍爾元件傳感轉(zhuǎn)子位置信息。內(nèi)置電機(jī)的3個(gè)霍爾元件會(huì)實(shí)時(shí)的輸出確定的3個(gè)電壓信號(hào)來(lái)表征轉(zhuǎn)子位置信息，數(shù)字控制電路根據(jù)不同的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行選擇性導(dǎo)通，使線圈產(chǎn)生激勵(lì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的磁力矩，在一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)MOS管導(dǎo)通120°。 換流器中功率MOS管

18、在此設(shè)計(jì)中用到其開關(guān)態(tài)工作原理，MOS管有三個(gè)極G(柵極)、S(源極)、D(漏極)，MOS管的一個(gè)重要參數(shù)是VT，稱開啟電壓，當(dāng)柵源電壓VGS 要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據(jù)霍爾傳感器感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序.圖6-2驅(qū)動(dòng)部分電路使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到霍爾傳感器感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以按同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下

19、臂功率晶體管);要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。6.3 控制部分設(shè)計(jì) 電路分為譯碼電路部分、過流保護(hù)和調(diào)速電路部分，譯碼電路部分保障電機(jī)連續(xù)運(yùn)行，控制電路部分主要用來(lái)進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速和過流保護(hù)以及相關(guān)狀態(tài)的顯示。 圖6-3-1電機(jī)譯碼部分設(shè)計(jì)原理圖考慮到電機(jī)連續(xù)安全的運(yùn)行，防止在換相時(shí)交叉導(dǎo)通，若出現(xiàn)這樣的情況，兩管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，在兩管上的電壓降非常小，如同直接將電源加在導(dǎo)線上一樣，瞬間產(chǎn)生45A以上的電流，MOS管必然會(huì)被燒毀，因此同一驅(qū)動(dòng)橋的兩MOS管不能同時(shí)導(dǎo)通，只能導(dǎo)通其中一只，在設(shè)計(jì)時(shí)，采用“互鎖”方案，可以防止此種情況的發(fā)生?！盎ユi”的原理是當(dāng)同一對(duì)驅(qū)動(dòng)管中有一只導(dǎo)通時(shí)，另外一

20、只“G”(柵極)電壓一定是“0”(低電平)，在出現(xiàn)非正常情況而“G”電壓應(yīng)該為低，但實(shí)際是高電平時(shí)，可強(qiáng)制性的將其拉到低，實(shí)際應(yīng)用中可以用一片74LS38來(lái)實(shí)現(xiàn)(74LS38四2輸入與非緩沖器(OC)。 另一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖所示的第一個(gè)MOS管為P型IGBT，第二個(gè)為N型IGBT。圖6-3-2防管子直通電路采用此種設(shè)計(jì)的原因是保證此對(duì)MOS管不在同一時(shí)間導(dǎo)通而燒毀，在數(shù)字控制部分輸出為低電平時(shí)，第一個(gè)MOS管導(dǎo)通,并且在遇到?jīng)]有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而TLP521輸入為高電平時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)意外導(dǎo)通的情況。6.4 電機(jī)調(diào)速過流保護(hù)等功能部分電路設(shè)計(jì) 電機(jī)控制部分主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速和過流保護(hù)以及剎車的功能。調(diào)

21、速是通過對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)霍爾信號(hào)的頻率變化得到表示電機(jī)速度的電壓值，將這個(gè)電壓輸入到比較器，與調(diào)速電阻上的電壓進(jìn)行比較，來(lái)決定輸出為高或者低電平，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速和減速.圖6-4-1電機(jī)調(diào)速原理圖為保證電機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，使其通過的電流不超過其最大承受值，所以在設(shè)計(jì)中必須對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，過流保護(hù)的原理是對(duì)下臂MOS管漏極電流進(jìn)行采樣，放大合理的倍數(shù)后，與參考電壓進(jìn)行比較，若取樣電壓超過安全值，比較器輸出低電壓，將MOS管截止，從而達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用，如圖：圖6-4-2過流保護(hù)原理圖6.5 剎車控制功能剎車控制功能是將兩個(gè)比較器的輸出接一開關(guān)到地，這樣，無(wú)論比較輸出是高電平還是低電平，只要開關(guān)接

22、通，均會(huì)將其電位直接拉低，截止導(dǎo)通的MOS管，達(dá)到剎車的目的。 7 無(wú)刷直流電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)7.1 無(wú)刷直流電機(jī)控制器  無(wú)刷直流電機(jī)控制器在控制方式上主要有以專用集成芯片、單片機(jī)和DSP芯片控制三種方式。以專用集成芯片為核心的控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜，但是系統(tǒng)靈活性不足，保護(hù)功能有限:以DSP芯片為核心的控制器，控制精度較高，但是算法較復(fù)雜，開發(fā)周期長(zhǎng)，成本較高，不易在市場(chǎng)上推廣。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為主控芯片可以彌補(bǔ)上述兩方案的不足。  目前，市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，大部分電動(dòng)車生產(chǎn)廠商采用Motorola公司的MC3303無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，它具有

23、無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的基本功能。本設(shè)計(jì)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)專用控制芯片MC33035的全部功能，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多功能的電機(jī)控制 7.2 單片機(jī)選擇依據(jù)價(jià)格因素?？紤]到該設(shè)計(jì)要與市場(chǎng)接軌，因此價(jià)格問題尤為重要，要選擇一個(gè)性價(jià)比較高的單片機(jī)，包括單片機(jī)的單片價(jià)格和開發(fā)系統(tǒng)的造價(jià)。性能因素。通過對(duì)該系統(tǒng)分析，8位單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求.由于整個(gè)系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊。在無(wú)刷電機(jī)控制中，脈寬調(diào)制PWM技術(shù)廣泛應(yīng)用，因此所選單片機(jī)應(yīng)具有脈寬調(diào)制輸出端口。安全因素。電子產(chǎn)品的安全性是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)的安全性必須達(dá)到系統(tǒng)要求。7.3 PWM信號(hào)在PLC單片機(jī)中的處理  改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法分為勵(lì)磁控制法(控制磁通)與電樞電壓控制法(改變電樞端電壓)。在眾多的電樞電壓控制方法中，脈寬調(diào)制PWM(PulseWidth