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1 引言 家用冰箱壓縮機的驅(qū)動電機一般采用單相異步電動機。為了提高冰箱的綜合性能，省電降噪，提高冰箱制冷系統(tǒng)的工作效率，需對壓縮機電機進行調(diào)速控制。無刷直流電機BLDC(brushless DC motor)既具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便的優(yōu)點，又具有直流電機運行效率高和調(diào)速性能好的優(yōu)點，因此，這里采用dsPIC30F4012 設(shè)計一種用于冰箱制冷壓縮機的無刷直流電機控制系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)控制方案 該系統(tǒng)設(shè)計采用轉(zhuǎn)速、電流、位置三閉環(huán)控制方案，可獲得良好的控制性能，控制原理如圖1所示。 
由于電機啟動時反電勢為零或很小，采用三段式升頻升壓法使電機啟動，這個過程主要由軟件實現(xiàn)，通過給被控電機提供頻率越來越高的驅(qū)動信號，同時不斷提高驅(qū)動信號的占空比，待電機達到一定速度時再轉(zhuǎn)向白同步運行方式。自同步運行時。單片機通過檢測反電勢過零點確定電機位置，再根據(jù)位置信號改寫 OVDCON(控制寄存器)值，逆變器采用pwm_on調(diào)制方式，即各個功率器件在導(dǎo)通的前60°進行PWM調(diào)制，后60°保持恒通的兩兩導(dǎo)通方式。該導(dǎo)通方式繞組利用率高，電機出力最大，平穩(wěn)性最好，且PWM調(diào)制方式控制簡單，無控制死區(qū)，能有效抑制換向轉(zhuǎn)矩脈動，顯著提高電機的運行性能。 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 該系統(tǒng)通過檢測端電壓“過中點”得出轉(zhuǎn)子位置由dsPIC30F4012輸出PWM脈沖方波，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動相應(yīng)功率管的通斷，實現(xiàn)對電機的正確供電，使得電機正常運行。 3．1 dsPIC30F4012簡介 dsPIC30F4012為Microchip公司一款帶DSP處理能力的高性能16位單片機，其獨特的模塊構(gòu)造和強大存儲性能使得將其運用于無刷電機控制具有一定的優(yōu)勢。dsPIC30F4012具有片內(nèi)的電機專用PWM控制器(MCPWM)；通過編程可產(chǎn)生獨立的、具有相同頻率和工作方式的三相6路 PWM波形，每個引腳驅(qū)動電流達25 mA，并由RE口直接輸出給驅(qū)動器，且三相互補不重疊�？煞乐雇粯虮凵蟽蓚�功率管發(fā)生直通造成短路，該結(jié)構(gòu)大大簡化了產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部硬件，系統(tǒng)通過一電位器調(diào)節(jié)BLDC轉(zhuǎn)速；電阻對完成端電壓VDC的檢測，VDC／2即為端電壓“過中點”的電壓；電壓反饋通過3個電阻對來實現(xiàn)。 3．2 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路如圖2所示。IR2101是IR公司生產(chǎn)的一款高性價比的驅(qū)動器，驅(qū)動效果好且操作簡單。IR2101驅(qū)動器可驅(qū)動一組功率管，整個功率電路只需 3塊即可，這樣不但節(jié)約制造成本，而且還提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3．3 電流反饋與故障檢測電路 電流反饋與故障檢測電路如圖3所示。電流反饋的第1個運算放大器通過采樣母線上的電流，放大輸入給dsPIC30F4012的AN2引腳實現(xiàn)：將第1個運算放大器的輸出接至第2個反比例運算放大電路，用于電機故障檢測，當母線電流過大時讓微處理器進入故障處理。制方案和算法合理可行。
4 系統(tǒng)調(diào)試與測試 圖4為系統(tǒng)的主程序流程，主程序主要是設(shè)置各個設(shè)備控制字，初始化各變量及標志值，開啟相應(yīng)的中斷并調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。三相逆變驅(qū)動中，PWM占空比寄存器 (PDCX)和改寫控制寄存器(OVDCON)配合使用，占空比寄存器能夠控制流經(jīng)負載的電流，可以改寫控制寄存器控制換相。dsPIC30F4012內(nèi)置電機專用PWM控制器結(jié)構(gòu)，可大大簡化產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部硬件設(shè)計。調(diào)試成功后用ICD2將程序下載到dsPIC30F4012中，組裝整個系統(tǒng)，經(jīng)過測試，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可控性，且響應(yīng)快速，運行平穩(wěn)，具有較好的靜、動態(tài)性能。圖5是采用4通道示波器采集的4個功率管的驅(qū)動波形。波形表明系統(tǒng)采用的控制方案和算法合理可行。
5 結(jié)束語 經(jīng)過測試，該系統(tǒng)設(shè)計具有良好的穩(wěn)定性和可控性，雖在低速啟動時，電機性能不如有傳感器無刷直流電機，而啟動后性能與其性能相當。整個系統(tǒng)硬件成本低，控制性能靈活，因此具有廣闊的市場前景。 參考文獻 1. 王勇,呂征宇.端電壓比較法直接尋找無刷直流電動機換相點及其斬波調(diào)速[J].微特電機,2003,31(1):19-20. 2. 婁柯,施火泉.基于C8051F單片機的無位置傳感器無刷直流電機的控制[J].電機與控制應(yīng)用:變頻與調(diào)速,2006,33(3):45-49. 3. 張晶.基于PLD的無刷直流電機無傳感器控制技術(shù)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007. 4. 包向華,章躍進.五種PWM方式對無刷電動機換相轉(zhuǎn)矩脈動的分析和比較[J].中小型電機,2005,32(6):49-51. 5. 胡學(xué)芝.dsPIC30F4012型微處理器在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程,2005,13(11):11-13. 6. 張奇志.IR2101帶有欠壓封鎖的半橋MOSEFT驅(qū)動器[J].器件與應(yīng)用,2002(8):64-65. 作者：鄧冠豐 （西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,重慶,400716） 來源：電子設(shè)計工程 2009（12） |
