介紹
微控制器技術(下面簡稱MCU)比以往更低的成本更有效地控制電動機。這加速了從機電控制到電子電機控制的轉變。 MCU控制的無刷直流電機消除了電刷磨損機制和電弧放電。其優點包括更高的效率,更高的轉矩慣性比,更高的速度能力,更低的可聽噪聲,更高的熱效率和更低的EMI特性。
多脈沖發生器(MPG)為直流電機控制提供靈活,經濟高效的微控制器解決方案。下面我們來描述MPG如何用于控制帶傳感器的無刷直流電機。
多脈沖發生器概述
多脈沖發生器包括:
1)16位PPG定時器:為波形定序器提供PPG信號;
2)16位重載定時器:作為波形序列發生器的間隔定時器,用于電機速度檢查。它記錄每個狀態的時間(計算速度)并檢測電機運行中的任何異常。在檢測到缺失位置檢測時,它禁用多脈沖發生器的OPT輸出;
3)波形序列器。波形序列發生器是多脈沖發生器的核心。它能夠生成各種波形,如PPG波形,非重疊波形。波形序列器根據多脈沖發生器(SNI2~0)的輸入信號將16位PPG定時器輸出信號指向多脈沖發生器輸出引腳(OPT5~0)。 OPT5~0輸出信號與PPG信號同步為了消除不必要的故障。
直流電機的概念
在任何電動機中,操作都基于簡單的電磁學。載流量導體產生磁場;當它被放置在外部磁場中時,它將經歷與導體中的電流成比例的力,以及與導體的強度成正比的力外部磁場。在大多數常見的直流電動機中,產生外部磁場高強度永磁體。每個直流電機都有六個基本部件 - 軸,轉子(電樞),定子,換向器,磁場磁鐵,和刷子。定子是電動機的固定部分。它包括電機外殼和兩個或更永久的磁極片。轉子由繞組組成。繞組是電氣的連接到換向器。轉子(連同軸和連接的換向器)旋轉相對于定子。電刷,換向器觸頭和轉子繞組的幾何形狀使得在通電時如果應用,通電繞組和定子磁鐵的極性不對齊。該轉子將旋轉,直到它幾乎與定子的磁場磁鐵對齊。隨著轉子到達對準時,電刷移動到下一個換向器觸點,并激勵下一個繞組。
直流電機的優點
?易于理解的設計
?易于控制速度
?易于控制扭矩
?簡單,便宜的驅動設計
?比相同功率的感應電動機小
?可變速度比感應電機需要更少的組件
直流電機的缺點
?生產成本高昂
?無法在最低速度下可靠控制
?體積更大
?高維護
?灰塵
?不能在某些危險環境中使用
?比感應電機更響亮
使用MPG控制直流電機
直流電機由波形序列器生成的序列控制,序列波形由PPG組成,并根據當前轉子位置改變狀態,該輸出數據寄存器(OPDR)決定輸出哪個OPT輸出(OPT5~0)引腳16位PPG定時器輸出,通過將不同的輸出數據緩沖寄存器(OPDBRB~0)加載到輸出數據寄存器(OPDR),生成各種OPT輸出組合(OPT5~0)。這樣,在多脈沖發生器輸出時可以呈現/不存在16位PPG定時器輸出(OPT5?0)。 PPG定時器輸出信號也從一個OPT輸出切換到另一個OPT輸出根據輸出數據寄存器(OPDR)和輸出數據緩沖區中設置的順序寄存器(OPDBRB~0)。
由于直流電機是閉環控制,因此它始終具有來自電機的反饋。 有些電機有轉子位置傳感器(霍爾傳感器),有些是無傳感器的。 對于霍爾傳感器,位置檢測多脈沖發生器中的電路用于檢測位置輸入(SNI2~0)的邊沿/電平檢測直流電機的轉子位置。 但是,在無傳感器的情況下,外部電路是需要檢測電機線圈的反電動勢并將其轉換為位置信號。該來自電機傳感器/反電動勢電路的位置信號將連接到輸入捕獲以獲得速度計算。 如果實際速度高于/低于預期,則調整PPG任務以糾正速度。
直流電機緊急停止
DTTI1控制用于在緊急情況下停止多脈沖發生器輸出。 它是由DTTI1輸入的電平“0”觸發。速度計算直流電機控制通常包含6種狀態。 MCU中的定時器記錄每個狀態使用的時間,然后總結6個州的持續時間。 結果總和是一個電循環的時間。一個電循環= T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6 = Ts一個物理循環(轉子旋轉一圈)= Ts x(極對數)因此,RPM = 60 /(Ts x(極對數))可以通過調整PPG的占空比來調整速度。多脈沖發生器直流電機波形輸出數據緩沖寄存器(OPDBR)由12個寄存器組成。 通過加載不同OPDBR寄存器進入輸出數據寄存器(OPDR),輸出各種波形多脈沖發生器輸出(OPT5~0)。
輸出數據緩沖寄存器(OPDBR)中的數據,其地址由BNKF指定,在產生的寫時序,RDA2~0位被傳送到輸出數據寄存器(OPDR)數據寫入控制單元。輸出數據緩沖寄存器(OPDBR)的BNKF,RDA2~0位決定數據的順序傳輸到輸出數據寄存器(OPDR),OPx1 / OPx0位決定形狀輸出波形。 只要寫入時序,輸出波形就會自動更新(WTO)產生。
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