控制器和电源模块选择
为了控制无刷直流电机转子相位中的电流,微控制器首先将应用命令转换为每个线圈的脉宽调制 (PWM) 开关信号。这些信号被输入到最终控制电源开关的栅极驱动器 - 通常是金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET),它将电流输送到转子线圈。需要低电流的超小型电机可以使用包含内置栅极驱动器和小功率MOSFET的全集成电机控制MCU进行管理。另一方面,更大、更高功率的电机则需要专用的外部驱动器和MOSFET。
图1:可以控制采用H桥配置的MOSFET来逆转通过电机线圈的电流方向,从而实现双向旋转。
power:电源
transistor:晶体管
motor:电机
功率MOSFET最常见的连接方式是电机和双极电源之间的H桥或全桥配置,如图1所示。位于对角位置的上下MOSFET被作为一对进行控制:即晶体管1与晶体管2配对,晶体管3与晶体管4配对。这使得线圈可以改变电流方向,从而驱动电机前进或后退。在这种配置下,电机可能不接地,这通常要求使用脉冲变压器或光耦将MOSFET驱动器与微控制器进行电气隔离。
为了选择最适合搭建H桥的MOSFET,设计师必须考虑所需的电压和电流额定值、开关速度,以及开关和传导损耗等因素。而栅极驱动器也必须能够快速对MOSFET的栅极电容进行充电和放电,以确保能够快速切换到应用所要求的最大频率。
市场上有各种各样面向无刷直流电机控制应用的微控制器和专用电机控制器,比如Cypress Semiconductor PSoC 3系列可编程片上系统IC。如图2所示,PSOC 3架构提供了一整套无刷直流电机控制功能。
图2:PSoC 3架构具有丰富的无刷直流电机控制功能,同时有多个PWM块以及监控和通信功能。
Programmable System on Chip:可编程片上系统
Motor Control:电机控制
Lookup Tables(LUTs):查表函数模块子库
Fault and Pulse Detect Logic:故障和脉冲检测逻辑
Timer:定时器
SIO COMP:串行输入/输出 比较器
Motor Terminal:电机终端
Low-Side Shunt:低侧分流
H-Bridge:H-桥
H-bridge Driver:,H-桥驱动器
Multiple Motors:多电机
Amplifier/comparator:放大器/比较器
Filters:滤波器
User Interface:用户界面
Communication:通信
Digital Functions:数字功能
Memory:存储器
System:系统
用PSOC3设备打造电机控制器使开发人员能够获得多功能的片上资源,从而提高灵活性和集成度。多达四个片上PWMS使单个PSOC3能够同时控制四个电机,或者在多路复用的基础上控制多达八个电机。内置的电流监测功能可帮助系统检测转动阻力并做出适当的响应,以及检测短路或烧坏情况。另外还提供脉冲检测,用于轻松监控转子位置和速度,并允许记忆和预设位置。