基于MC3305芯片的电动车无刷直流电机闭环控制器(1)

第２５卷第５期舡韶越Ｖ０１．２５Ｎｏ．５２００７年１０月Ｌ舭Ｄ女嘶Ｍｍ№＂Ｏｃｔ２００７
（安擞农业走学工学院，安徽舍肥２３００３６）
摘要：国内电动丰无刷直流电机控制嚣大都采用分立元件，使得控制系统的设计调试复杂。

介绍了Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的第２代直流无刷电机控制器专用芯片ＭＣ３３０３５的基本原理，设计了一种基于ＭＣ３３０３５，Ｍｃ３３０３９，ＭＰＭ３００３的电动车闭环无刷电机控制器，介绍了具体参数。

所设计的电路抗干扰性强，可靠性高，稳定性好，可内嵌到电机内部。

关键词：无刷直流电机Ｉ闭环控制器｝ＭＣ３３０３５芯片
中图分类号：ＴＰ２７ｌ；Ｖ４８４文献标志码：Ａ文章编号：１００５—２８９５（２００７）０５—００６１—０３
０引盲
近年来，由于石油能源的日益紧张及人们环境保护意识的增强，电动助力车深受欢迎。

永磁直流无刷电机驱动成为电动车的发展方向。

它由定子、转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成，既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备了直流电机运行效率高，调速性能好等优点，在电动车等电器设备中得到广泛应用。

目前，国内电动车无刷直流电机控制器设计大都采用分立元件，使得控制系统的设计和调试复杂。

要占用较大的电路板，与把控制器内嵌到电机内部的要求相矛盾［１］。

Ｍｃ３３０３５是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的第二代直流无刷电机控制器专用芯片，Ｍｃ３３０３９是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司生产的直流无刷电机控制器闭环速度控制专用芯片，ＭＰＭ３００３是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司生产的电机驱动芯片，输出最高峰值电流高达２５Ａ。

基于这３种芯片设计的电动车闭环无刷直流电机控制器所需的外围电路简单，抗干扰性强，可靠性高，稳定性好等优点，特别适合对控制器体积要求较高的场合ｏ－５３
１控制芯片Ｍｃ３３０３５
Ｍｃ３３０３５是２４脚的双列直插窄式集成电路块，其内部结构如图１所示。

其主要功能有：（１）转子位置译码器接受转子位置检测器的信号，处理后生成６路输出驱动信号控制逆变桥的正确换流；（２）故障与处理包括欠压、过热、误码、过流等；（３）正／反转控制改变６路输出驱动信号的顺序，以改变定子绕组的电流方向，从而改变电机转向；（４）制动封锁所有上桥臂的驱动信号，使电机与电源隔离，同时打开所有下桥臂的驱动信号，短接电机的电动势，使电机迅速减速；（５）内部振荡器决定ＰｗＭ的调制频率；（６）转速给定包括１个误差放大器和１个ＰｗＭ比较器，给定的转速信号与振荡器的输出锯齿波相比较，产生ＰｗＭ控制信号；（７）内部基准电压不仅用于内部比较器和振荡器的电源，还输出作为转子位置检测器的电源。

图１ＭＣ３３０３５电路示意圈
２ＭＣ３３０３９电子测速器
Ｍｃ３３０３９直接利用三相无刷直流电机转子位置
收稿日期：２００７一０１—１８
基金项目：安徽农业大学校青年基金项目（２００５０００１２）
作者简介：李兵（１９７ｌ一），男，安徽明光人。

硕士，讲师，现在安徽农业大学工作，主要从事农业机械化及自动化方面研究。

　万方数据
轻Ｉ机械Ｌｉ吐ｔｈｄｕｓｎｙＭａｃｈｉｍｙ２００７年第５期
传感器的３个方波输出信号，经Ｆ／Ｖ变换成正比于电
机转速的电压信号。

它的第１脚、第２３脚接受位置传感
器３个信号，经有滞后的缓冲电路，以抑制输入噪声。

经“或”运算得到相当于电机的６个脉冲信号，再经有
外接定时组件的单稳态电路，从第５脚输出的信号的
占空比与电机转速有关，其直流分量与转速成正比。

此
信号经滤波处理后，即得到与转速成正比的测速电压。

３控制系统设计方案
以Ｍｃ３３０３５为核心构成的电动车控制系统采用
ＰｗＭ方式控制电机的转矩和转速，采用电机内置的
霍尔传感器检测转子位置。

由Ｍｃ３３０３５接收霍尔传感
器的位置信号，并对其进行译码，以决定有哪个电极换
相，对应的真值见表１０以电机驱动芯片Ｍｃ３３０３９作为
功率变换元件，采用三相全桥驱动。

由人根据车速的快
慢来调节控制车速电位器，使车加速或减速。

袁１三相六步换相真值表
Ｍｃ３３０３５转人信号霍承元件位置信号（１２０。

）ＳＡＳＢＳＣ
堕堂堕！
驱动上桥信号驱动下桥信哮ＡＴＢＴＣＴＡＢＢＢＣＢ
正转１Ｏ００ｌｌ００ｌｌｌＯ１ＯｌＯＯｌ
Ｏ１ＯｌＯ１１Ｏ０
Ｏ１ｌ１１Ｏｌ００
Ｏ０ｌｌｌＯ０１０
ｌＯｌ０１ｌ０１Ｏ
反转１ｏｏｌ１ｏ０１ｏ１１０ｌ１ＯＯｌ０
Ｏ１ＯＯｌ１０１０
Ｏｌｌ０１１０Ｏｌ
ＯＯｌｌ０１０Ｏｌ
１Ｏｌ１Ｏ１１００
整个控制系统采用闭控制，控制框图如图２所示，外环是速度环，内环是电流环，均采用Ｐ１Ｄ控制。

可以消除静差，电机刚刚启动时，系统基本上为恒流控制，即内环起作用。

当转速达到一定值后，系统基本表现为一个恒转速系统，这样既能保证系统启动时响应速度快，整体上又是一个无静差系统，能达到很高的控制精度‘“。

图Ｚ闭环控制系统框图
４控制系统电路设计
４．１转速闭环控制电路
系统的转速闭环控制如图３所示，Ｍｃ３３０３９对输入的转子位置信号进行有关的处理，产生与电机实际转速成正比的转速电压信号。

Ｍｃ３３０３９的输出经低通滤波器平滑，引入ＭＣ３３０３５的误差放大器的反相输人端，而转速给定信号经积分环节输入Ｍｃ３３０３９误差放大器的同相输入端，从而构成系统转速闭环控制。

图３转速闭环控制电路
４．２电流检测与过流保护电路
分流电阻接在ＭＰＭ３００３的功率驱动桥的下端与地线之间，因为Ｍｃ３３０３５的第９脚内部连接一个比较器的正相输人端。

该比较器的反相输入端为芯片内部提供的１００ｍＶ标准电压。

由分压关系
象。

訾一·
其中：，。

为电机最大允许电流，Ｒ。

为分流电阻，１００ｍＶ是过流检测比较器的反相输人端输入电压，ＭＣ３３０３５的第９脚的输人电压为过流检测比较器的正相输入端，通过计算Ｒ８取１００ｎ，Ｒ。

取３３０，Ｒ。

，取ｏ．０５ｎ可满足上述比例关系，起到较好的过流保护作用。

４．３欠压保护
Ｍｃ３３０３５的第１７脚的输入电压低于９．１Ｖ时，由于第１７脚的输入连接内部一比较器的同相输入端。

该比较器的反相输人为内部的９．１Ｖ标准电压，此时Ｍｃ３３０３５通过与门将驱动下桥的三路输出全部封锁，下桥的３个功率三极管全部关断，电机停止运行，起欠压保护的作用。

４．４系统电路图
图４是运用ＭＣ３３０３５，ＭＣ３３０３９和ＭＰＭ３００３设计的３６ｖ直流无刷电机闭环速度控制器电路图，受控制的无刷直流电机为一轮毂电机，额定电压为３６Ｖ，额定功率为１８０ｗ，最大允许电流为１２Ａ，要求电动车
　万方数据
［自控·拉稿］挛兵基于Ｍｃ３３０５芯片的电动车无刷直流电机闭环控制器
图４运用ＭＣ３３０３５，ＭＣ３３０３９和ＭＰＭ３００３的３６Ｖ直流
无刷电机闭环速度控制器电路图
的额定转速为２０ｋｍ／ｈ。

系统采用３块额定电压为１２Ｖ
的铅酸免维护蓄电池供电，考虑到Ｍｃ３３０３５所需的输
入电压范围是１０～３０Ｖ，用三端集成稳压电路７８２４给
其供电。

系统的ＰｗＭ信号频率可由可以由外部电路
调节，只需在ＭＣ３３０３５的外围加一个电容、一个电阻
和一个可调电位器即可产生所需要的脉宽调制信号。

Ｍｃ３３０３９是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司配合Ｍｃ３３０３５专门设
计的无刷电机闭环速度控制器，这是一个８脚的双列直
插窄式集成电路块。

Ｍｃ３３０３９对输入的霍尔传感器检
测的转子位置信号码进行有关的处理，产生与电机实际
转速成正比的转速电压信号。

ＭＣ３３０３９的输出经低通
滤波平滑，引入ＭＣ３３０３５的误差放大器的反相输人端，
而转速给定信号经积分环节输人Ｍｃ３３０３５的误差放大器的同相输入端，从而构成系统的转速闭环控制。

Ｍｃ３３０３５的第７脚为使能端，高电平有效，只要将其输入电平设置为低，即可实现能耗制动刹车，另外也可经通过调节控制车速的电位器，从而改变ＰｗＭ信号的占空比，实现无级调速；当占空比为零时，电机转速为零，实现刹车。

５结论
（１）基于ＭＣ３３０３５与ＭＣ３３０３９的直流无刷电机闭环控制系统具有电路简单，成本低，抗干扰强，可靠性高，稳定性好等优点，特别适用于小功率无刷电机的控制。

（２）ＭＣ３３０３５的ＰｗＭ调制方式为调节占空比，难以改善输出电流的波形，减小输出转矩的脉动。

（３）运用ＭＣ３３０３５，ＭＣ３３０３９
和ＭＰＭ３００３的３６ｖ直流无刷电机闭环速度控制器集
成化程度较高，体积小，可以内嵌到电机内部。

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ＬＩＢｉｎｇ
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　万方数据
基于MC3305芯片的电动车无刷直流电机闭环控制器
作者：李兵， LI Bing
作者单位：安徽农业大学,工学院,安徽,合肥,230036
刊名：
轻工机械
英文刊名：LIGHT INDUSTRY MACHINERY
年，卷(期)：2007，25(5)
引用次数：2次
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2.张琛直流无刷电机原理及应用 1996
3.李晓斌.张辉.刘建平利用DSP实现无刷直流电机的位置控制[期刊论文]-机电工程 2005(3)
4.刘伟.王长松.周晓敏.岳士丰无位置传感器无刷直流电机转子位置检测的研究[期刊论文]-轻工机械 2007(3)
5.何松波永磁武微特电机同内外发展动态 1992(1)
6.辜承林机电动力系统分析 1998
1.期刊论文马瑞卿.侯红胜.杨白明.MA Rui-qing.HOU Hong-sheng.YANG Bai-ming270 V高压无刷直流电动机速度闭环控制器-电机与控制应用2009,36(6)
介绍了一种270 V航空高压无刷直流电动机(BLDCM)速度闭环控制器.充分利用BLDCM自身三相Hall传感器的转子位置信息,对三相Hall信号进行逻辑处理来实现倍频,进而提高了电机速度检测的分辨率.给出了高压DC/DC隔离控制电源、Hall信号倍频逻辑和AT89C51单片机等关键电路的设计方法.试验结果表明:电机具有较为平直的机械特性及较好的速度稳定度.
2.学位论文李兵强电机控制通用开发平台研究和设计2007
随着对电机控制技术要求的不断提高，普通单片机越来越不能满足控制要求，DSP技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。

然而，传统基于DSP的电机控制开发中存在效率低和需要较多专业知识等诸多不足。

为此，本文提出了一套基于TMS320F2812 DSP和Matlab7.0工具箱Embedded Target forTI C2000 DSP的电机控制通用开发平台设计方案，可以大大提高电机控制开发的效率。

平台以TMS320F2812为核心控制器，以．EPM7128实现PWM信号触发，以IR2130为驱动芯片构建了三相全桥逆变电路。

通过对基于该平台的DSP软件设计方法的介绍，给出了一PWM模块应用的简单实例，验证了该平台软件设计方案的可行性。

鉴于“高精密转速源”的性能指标要求，通过对稀土永磁同步电机的工作原理、数学模型和矢量图进行分析，提出了功角闭环永磁同步电机他控式变频调速控制策略。

系统通过霍尔位置传感器测量功角，用PID参数模糊自整定进行功角闭环控制器设计，保证了系统既具有较快的响应速度，同时又具有较小的超调和较好的静态性能。

另外，对该系统涉及的关键技术进行了详细探讨。

实验证明，“高精密转速源”具有很好的转速精度，各项指标达到了性能指标要求。

在功角闭环控制下，电机提高了抗负载扰动能力，有效地解决了电机失步问题；稳定工作时，电机工作电流显著降低，提高了工作效率。

并且，“高精密转速源”在该平台上调试成功，验证了该硬件平台的正确性和可靠性。

该平台具有教学实验和产品开发两种功能，支持在线调试，可适用于异步电机、同步电机、无刷直流电机、直流电机等多种电机控制系统的研究。

同时本系统的软硬件均采用模块化设计，预留端口资源丰富，因此使用非常灵活，利用本系统可以在最短的时间内完成不同控制策略和不同控制对象的开发。

3.期刊论文曹少泳.孟丹.程小华.CAO Shao-yong.MENG Dan.CHENG Xiao-hua基于DSP的无刷直流电动机双闭环控制程序软件设计-微电机2007,40(6)
详细列出无刷直流电机双闭环控制器软件程序流程图.软件分为主程序初始化模块、电机起动模块、换相子程序模块、电流调节、速度调节子程序模块.介绍了各模块功能.
4.会议论文马瑞卿.侯红胜.杨白明270V高压直流无刷电动机速度闭环控制器2007
本文介绍了一种270V航空高压直流无刷电动机速度闭环控制器。

充分利用无刷直流电机自身三相Hall信号的位置信息，对三相Hall信号进行逻辑处理来实现倍频，进而提高了电机速度检测的分辨率。

文中给出了高压DC/DC控制电源、Hall信号倍频逻辑和AT89C51单片机等关键电路的设计方法，试验结果表明：电机具有较为平直的机械特性，具有较好的速度稳定度。

1.陈宇.乌日图无刷直流电动机双闭环调速系统[期刊论文]-轻工机械 2009(1)
2.李环环.张存山.赵志堂抽油机直接驱动无刷直流电动机控制器设计[期刊论文]-山东理工大学学报（自然科学版） 2008(6)
本文链接：/Periodical_qgjx200705018.aspx
下载时间：2010年1月4日。