无刷电机电调电路图

电动自行车作为一种环保的交通工具已得到了广泛使用。直流无刷电机及控制器是电动自行车中的关键部件，其性能决定了整个系统的电能转换效率。控制器根据霍尔传感器输出信号，驱动3相全桥电路，实现对直流无刷电机的控制，因此霍尔信号的准确性及换相的实时性会直接影响电机的性能。在现有电动自行车控制器方案中，霍尔传感器信号的采集均采用软件扫描形式进行，换相操作也通过软件处理，换相误差大，实时性差，尤其对中高速电机更为明显。而英飞凌公司的XC866/846可以支持硬件霍尔信号采集、换相操作，且无需额外电路即可实现同步整流控制，单片机利用率高，电机控制性能好。

直流无刷电机控制

传统的直流无刷电机采用梯形波驱动方式，系统结构框图如图1a所示，MCU根据三个霍尔传感器信号调制PWM输出，PWM驱动波形如图1b所示。由于在这种控制方式下，电机端电压波形为梯形波，因此也称为梯形波控制。从图1中可以看出，PWM输出存在6种状态，对于每种状态，逆变桥的6个功率管中仅有2个工作，例如，当状态等于5时，CC60和COUT62对应通道开通。

图1：直流无刷电机控制拓扑结构及PWM驱动信号波形。

在PWM开通和关断期间，逆变桥内的电流如图2所示(以状态5为例)。当PWM开通时，电流经过M1，经过电机及M6返回电源。当PWM关闭时，续流电流经由D2(M2中的寄生二极管)、电机相线和M6返回电源。由于二极管D2的导通压降为0.6～1V左右，因此续流电流在这个二极管上会产生较大的损耗，当电机负载大、续流电流大的时候，损耗问题更加严重，将影响逆变器效率。

图2：简单梯形波控制中的电流示意图。

为减少续流电流在寄生二极管上产生的损耗，在一些应用中使用MOSFET作为逆变元件。由于MOFSET具有导通阻抗低、电流可以双向流动的特点，在M1关断，进入续流阶段时，开通M 2，使续流电流流经M2，由于MOSFET的导通阻抗极低，损耗很小，例如当续流电流为10A，MOSFET导通电阻10mΩ，二极管D2压降0.7v时，若续流电流流经D2时产生损耗为7W，而流经MOSFET时产生损耗仅为1W，因此使用这种控制方式可以减少损耗，提高逆变器的效率，在续流电流大的情况下效果更加明显。这种控制方式亦称为同步整流，电流示意图如图3a。由于MOSFET的上、下管需要交替开通，为避免直通的危险，需要添加死区时间。采用同步整流控制时，6路PWM的驱动波形如图3b所示。

图3：同步整流控制中的PWM驱动及电流示意图。

CCU6E霍尔传感器模式

捕获/比较单元6(CCU6E)是英飞凌的8/16位单片机中包含的专用电机驱动单元，内部结构如图4所示。CCU6E包含两个专用16位定时器(T12，T13)，可以产生各种PWM调制信号，支持交流电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等多种电机控制，结构框图如图4所示。CCU6E还提供支持块交换和多相电机控制的多通道模式，并集成专用霍尔传感器模式，可在使用极少CPU 资源的前提下实现直流无刷电机的控制。

图4：CCU6E结构框图。

霍尔传感器模式如图6所示。在霍尔传感器模式中，CCU6E通过专用输入接口CCPOS0、1、2自动采样霍尔信号，为滤除霍尔信号中的干扰，CCU6E利用死区时间计数器DTC0实现滤波功能，任何霍尔信号的跳变将自动重载DTC0并开始向下计数，当DTC0计数到1时，进行霍尔信号的采集操作。从而在霍尔信号变化到采样点之间产生了一个延时，减少干扰对换相的影响。

图5：寄存器MCMOUTL定义。