基于Renesas RL78内核的低成本BLDC解决方案

时间： 2016-07-04 来源：世强作者：凡尘

直流无刷电机的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能，又具有结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。无刷直流电机的实质是直流电源输入，采用电子逆变器将直流电转换为交流电，有转子位置反馈的三相交流永磁同步电机。随着无刷电机控制器成本的逐渐降低，无刷电机在电动工具和家电等领域得到了越来越广泛的应用。

下面将介绍一种基于RENESAS RL78内核的低成本BLDC解决方案。该方案采用了R7F0C807作为控制核心， R7F0C807具有高速处理性能和丰富外设，其内置的实时输出电路特别适用于BLDC控制。

图1

电机控制方式采用了带霍尔传感器的 120°导通控制和速度 PI 控制。在此系统中，霍尔传感器检测永磁体的位置，然后单片机 R7F0C807 从霍尔传感器的信号得到位置信息。

3 个霍尔传感器之间的间隔是 120°，每个霍尔信号依据旋转磁极的方向进行切换。根据 3个霍尔信号的状态，就能在每 60°（每个周期有 6 种模式）得到一次位置信息。

图2

如果每相的导通模式按照图 2 中霍尔信号的时序进行改变切换，那么旋转磁通就会产生，从而转子得到力矩并且旋转。由于每个开关器件的导通区间是 120°，所以这种控制方法被称为 120°导通控制。在本系统中，电机旋转速度的计算，是从当前定时器的计数值和 2π[rad]之前的定时器计数值之差得到的。定时器计数值是通过霍尔信号触发的外部中断获得，在此期间定时器 TAU02 一直进行自由计数。这种测速方法，即使 3 个霍尔传感器存在位置偏差，也同样适用。

在本系统中，电机旋转速度的计算，是从当前定时器的计数值和 2π[rad]之前的定时器计数值之差得到的。定时器计数值是通过霍尔信号触发的外部中断获得，在此期间定时器 TAU02 一直进行自由计数。这种测速方法，即使 3 个霍尔传感器存在位置偏差，也同样适用。

图3

本系统采用 PI 控制进行速度的控制。任意时刻（n），占空比的调整值由以下公式计算得到，从而实现电机旋转速度的调节

在这个系统中，为了启动电机并且获取转子的位置信息，需要向电机提供一个 60°的启动时序。以此触发霍尔信号对应的外部中断，并不断进行换相控制，从而让电机转动起来，如下图 4所示。

图4

单片机 R7F0C807 通过 3 路具有中断触发功能的输入端口来采集霍尔传感器的输出信号； 6 路 RTO 输出端口用于输出驱动电机转动的换向电平。霍尔传感器的输出信号作为中断触发源，在每个中断处理子程序中进行换相控制，通过变换 6 路 RTO 输出端口的状态驱动电机转动； INTP0 作为强制截止信号专属输入端口，当外部信号触发 INTP0 时， 6 路 RTO 输出端口自动输出预先设定好的截止电平来停止电机转动。

（1）系统初始化：初始化端口、定时器阵列单元 TAU、实时输出 RTO、外部中断和 A/D 转换模块。

（2）启动 / 停止电机：在电机停止状态下，如果启动 / 停止按键（ SW1）按键被按下， RTO 输出 PWM 信号控制电机以 500rpm 转速启动，霍尔传感器的输出信号作为中断触发源，每个中断处理子程序进行换相控制，并使能转速测量部分，计算当前转速。再次按下 SW1，电机停止运行。

（3）电流检测：电机启动后， A/D 端口 ANI3 通过采集采样电阻的电压值（经过了放大器），对电机电流进行实时检测（用户可根据需要输出显示电流信息）。

（4）转速控制：调节 VR1 旋钮，通过 A/D 端口 ANI7 采集对应电压值获取目标转速。对应程序每 5ms 进行。

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朝菌蟪蛄 Lv6. 高级专家 2018-11-27

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