基于51单片机无位置传感器无刷直流电动机的控制_图文.

电气传动产品与技术
PRODUCT & TECHNOLOGY
超精密加工是获得高形状精度、表面精度和完整性的必要手段。

其中,金刚石刀具超精密切削是超精密加工技术的一个重要组成部分。

为了高质高效地获得金刚石研磨质量,其必须要有稳定高速运行的主轴系统。

无位置传感器无刷直流电动机系统, 它采用了精密轴承和电动机相结合的办法,即把主轴、轴承、电动机等结构集成到一起,并去除位置传感器和传动机构,因此使得电动机结构紧凑,有利于实现小型化和精密化的要求。

使用这种主轴系统能获得较高的稳定性和最高的转速。

但无位置传感器的无刷直流电动机的控制方法复杂,TB6537和 TA84005的出现,简化了控制电路设计,对它们的组合使用可以实现反电势检测、过电流保护,以及电动机驱动。

51系列单片机是一款通用型的单片机,相对于专用的电动机芯片和电动机控制电路板而言,熟悉它的开发人员多,在此基础上进行二次开发的周期相对要短。

同时它对外设功能(A D C、D A C、可编程增益放大器、PCA 及内部振荡器等进行了高度集成。

为设计小体积,低功耗,高可靠,高性能的应用系统提供了极大的方便。

TB6537和 TA84005原理图
1.TB6537内部框图
TB6537是一种无位置传感器无刷直流电动机的专用控制芯片,有 DIP 和 SSOP 两种封装。

工作电压为 5V,PWM 的频率为 16kHz。

TB6537芯片易于与单片机接口。

可以实现 P W M 控制和正反转控制,可以选择 H _P W M -L _P W M 控制方式和 H _P W M -L _O N 控制方式,可选择超前脚设置和重叠通电功能,内部有过电流保护功能。

2.TA84005内部框图
TA84005是一款小功率三相无刷直流电动机驱动芯片。

它内置电压检测电路,具有过流检测、过热检测功能。

TA84005推荐工作参数为:逻辑电源电压 V cc =5 V;电动机电源电压 V
M
=10~22V,
峰值电压为 25V;输出电流为 I
o
=0.5A;斩波频率为 20kHz。

系统设计图
1.硬件系统设计
TB6537和 TA84005连接如图 1所示。

在设计外围电路时,应注意以下三点。

(1供给电源电压
1供给电源电压范围如表 1所示。

2输入方法。

上电时,VDD 输给 TB6537,然后输入电压给电动机。

(2晶振电路
1操作晶振范围如表 2如示。

「电动机」
基于 51单片机无位置传感器无刷直流电动机的控制
文 /广东工业大学机械电子工程学院 /张为傅惠南
该方案基于 TOSHIBA 公司生产的三相无位置传感器无刷直流电动机控制器TB6537和驱动集成电路 TA84005,提出针对 TB6537和 TA84005的外围电路设计注意事项,以及 PWM 控制方法。

实现了无位置传感器无刷直流电动机平稳运行, 正反转控制以及采用 P W M 调速。

表 1
特征符号操作电压范围 /V 供给电源 V D D 4.5~5.5
表 2
特征符号操作频率范围 /MHz 晶振频率 fosc 1.0~10
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2连接。

将晶振的 GDN 端尽可能近的靠近 IC 的 G N D 引脚。

(3TB6537+TA84005连接
1 供给电源的电容。

将电容尽可能近地靠近IC 的 V D D 和 G N D 引脚。

推荐值如表 3所示。

2接地。

在 TA84005的 S -GND 和 P -GND 端要避免公共阻抗。

2. PWM 控制方法
TB6537引脚 3是接受单片机输入的 PWM 信号, 在调制脉宽信号的时候,需要遵守如下两点。

(1PWM输入
P W M 信号被用来控制输出的 P W M 的占空比, 检测零电动势点和起动电动机。

这个信号是高电平有效。

在所有时刻,I C 检测 P W M 信号高电平和低电的宽度,确保 PWM 信号的输入。

另外,高低脉冲对于输入是必要的, 脉宽应该超过
2/fosc[s]。

设置 PWM 频率超过fosc/512。

其中 fosc 为 TB6537所接晶振频率。

如图 2所示。

(2P W M 功能描述
1 起动控制。

PWM频率必须超过fosc/512, 当一个或多个超过2/fosc[s]的PWM脉冲在接下来的两
表 3
特征
推荐值/μF 备注 V D D 和 G N D 之间:C 1
0.1~1.0μF 陶瓷电容 10~33μF
电解电容
图 1硬件系统设计图
图 2
P W M (最大占空比
P W M (最小占空比超过2/fosc[s]
图 3
P W M
驱动信号
强制交换开始
个512/fosc[s]周期被检测, 强制交换功能开始工作。

如图 3所示。

2停止控制。

当 PWM 引脚上信号的占空比为 0(全部高电平时,认为是停止信号。

3.软件系统设计流程图
软件系统由初始化程序、电动机起动程序、及运行控制程序等组成。

用到了 2个外部中断:INT0中断,用来调节脉宽占空比,从而改变电动
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图
7两相电动机输出波形图
8试验装置
图 9单片机输出
PWM
机转速;INT1中断用来改变电动机正反转。

如图 4所示。

主程序流程如图 5所示,INT0中断流程图如图 6所示。

如果采用 51单片机定时器无法完成 T B 6537所要求 P W M 频率的调制,可以利用编写延迟程序的方法,直接在单片机输出口输出 P W M 频率。

试验结论
试验采用单片机为 AT89S52,硬盘主轴使用的三相无位置传感器无刷直流电动机 NS6611M4B,其额定电压为10V, 转速为3000r/min。

整个系统的设计实物图如图 7所示,在单片机输出 PWM 如图 8
(检测时序
图4P W M
fosc/512停止
图 5主程序流程图开始结束
初始化 TB6537起动脉宽设置
可调脉宽设置是否发生中断
INT1中断
Y INT0中断
图 6INT0中断流程图
INT0中断开始电动机停转脉宽设置
按下次数判断
增大占空比 (改变寄存器值
减小占空比 (改变寄存器值
返回
所示的情况下,得到 TA84005的任意两相电动机输出波形,如图 9所示。

从试验结果可以看出, 本文介绍基于 51单片机无位置传感器无刷直流电动机的硬件系统和软件系统的设计,得到无位置传感器无刷直流电动机良好的控制性能。

EA
(收稿日期:2010.06.17。