眾所周知，無刷直流電機既具有交流電機簡單，運行可靠，維護方便等優點，又具有直流電機運行效率高，不受機械換向限制，調速性能好，易于做到大容量、高轉速等特點。本文提出了一種基于TMS320F2812的全數字永磁無刷直流電機控制方案。

1 引言

TI公司的TMS320F2812數字信號處理器(DSP)既具有高速信號處理和數字功能所需的體系結構。還具有專為電機控制應用提供單片解決方案所需的外圍設備。以TMS320F2812為核心的全數字電機控制系統極大地簡化了硬件設計，提高了系統的可靠性，降低了成本，并對無刷直流電機的普及應用具有良好的前景。為此，提出了一種基于TMS320F2812的全數字永磁無刷直流電機控制方案。

2 系統設計方案

該系統設計采用三相Y型永磁方波無刷電機PWM控制方案，通電方式為兩兩通電。圖1給出控制系統原理框圖。它采用全數字三閉環控制。其中，電流環采用PI調節器，速度環采用遇限削弱積分的積分分離PID控制算法，它的輸出極性決定了正反轉方向，從而可實現電機的四象限運行。位置環采用PI調節器。逆變器采用全橋型PWM調制。

3 系統硬件設計

圖2給出基于TMS320F2812的無刷直流電機控制系統。采用TMS320F2812作為控制器，用于處理采集到的數據和發送控制命令。TMS320F2812控制器首先通過3個I／0端口捕捉直流電機上霍爾元件H1，H2，H3的高速脈沖信號，檢測轉子的轉動位置，并根據轉子的位置發出相應的控制字，以改變PWM信號的當前值，進而改變直流電機驅動電路(全橋控制電路IGBT)中功率管的導通順序，實現對電機轉速和轉動方向的控制。電機的碼盤信號A，B通過TMS320F2812 DSP控制器的CAP1，CAP2端口捕捉的。捕捉到的數據存儲在寄存器中，通過比較捕捉到A，B兩相脈沖值，以確定當前電機的正反轉狀態和轉速。在系統運行中，驅動保護電路檢測當前系統的運行狀態，如果系統中出現過流或欠壓狀況，PWM信號驅動器(IR2131)啟動內部保護電路，鎖存后繼PWM信號輸出，同時通過FAULT引腳拉低TMS320F2812控制器的PDPINTA引腳電壓，啟動DSP控制器的電源驅動保護。這時所有EV模塊的輸出引腳將被硬件置為高阻態，從而保護控制系統。以下主要介紹系統中的轉子位置檢測電路、相電流檢測電路、驅動電路、系統保護電路等。

3．1 轉子位置檢測電路

控制無刷直流電機時，DSP控制器根據轉子的當前轉動位置，發送相應的控制字，通過改變PWM脈沖信號的占空比控制電機。無刷直流電機的轉子位置是由位置傳感器來檢測的。該系統設計采用了3個光電式位置傳感器(霍爾元件)，它們是利用光電效應制成的，由跟隨電機轉子一起旋轉的遮光板和固定不動的光源及光電管等部件組成。

隨著電機轉子的旋轉，光電管間歇接收從光源發出的光，不斷導通和截止，從而產生一系列“0”和“l”的信號。這些脈沖信號通過I／0端口傳輸給DSP，DSP讀取霍爾元件的狀態值，以確定轉子的當前位置。再通過改變PWM信號的占空比控制驅動電路，改變IGBT的導通順序，實現電機的換相控制．并調節電機的轉速。電機驅動電路控制橋臂上的功率管導通順序為VQ1，VQ2→VQ2，VQ3→VQ3，VQ4→VQ4，VQ5→VQ5，VQ6→VQ6，VQ1(兩兩通電)。電機轉子每轉一圈，H1，H2，H3將出現10l→100→110→010→011→00l的6種狀態，DSP對每一種狀態發送相應的控制字。改變電機的通電相序，實現電機的連續運行。圖3給出電機驅動電路控制原理圖。

3．2 相電流檢測電路

電流反饋通道由霍爾元件、運算放大器和A／D轉換器組成。電流反饋采用變比為1：1 000的磁平衡式霍爾元件，該元件的輸出為電流信號，并且信號較弱，必須經過精密電阻轉換成電壓信號，再經過放大處理，得到電流的雙極性信號。因為DSP中A／D轉換單元的輸入范圍是0～3．3 V(單極性)，需要設計將雙極性信號變為單極性的電路，再送到A／D轉換器。圖4給出電路原理圖。