摘要：無傳感器BLDC電機(jī)具有直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)方案采用東芝三相直流無刷驅(qū)動器TB6588FG和MSP430F12012作為核心硬件電路，詳細(xì)介紹了電機(jī)調(diào)速控制電路、電機(jī)保護(hù)電路和電機(jī)速度調(diào)速的信號檢測及調(diào)整的軟件實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：TB6588FG；三相無刷電機(jī)；MSP430F2012

引言
    永磁無刷直流電機(jī)及其控制一直是電機(jī)發(fā)展的研究熱點(diǎn)。無刷直流電機(jī)體積小，效率高。它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)，又具備直流電機(jī)那樣良好的調(diào)速特性而無機(jī)械式換向器，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以SP430F201 2單片機(jī)及TB6588FG集成驅(qū)動器為核心的硬件平臺，微處理器采集TB6588FG的速度反饋脈沖，利用數(shù)字電位器調(diào)整電壓來進(jìn)行閉環(huán)速度控制。
    在無傳感器無刷直流電機(jī)的控制中，轉(zhuǎn)子位置的判斷、電機(jī)的啟動及電流的換相均由控制系統(tǒng)完成，功能十分復(fù)雜，對控制裝置的硬件與軟件設(shè)計(jì)提出了很高的要求。采用基于DSP的無傳感器無刷直流電機(jī)控制方法，借助DSP的強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，完成軟件實(shí)現(xiàn)的反電動勢檢測換相和開環(huán)啟動，在電路設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，與閥門控制系統(tǒng)要求電路設(shè)計(jì)簡單的要求相矛盾，而且在軟件的編制上也有一定的難度。本設(shè)計(jì)采用的TB6588FG專用控制器，使系統(tǒng)控制電路十分簡單，內(nèi)部具有驅(qū)動電路，不需外配MOS管，也無需使用DSP等高端控制器芯片，只需要使用一顆普通的MSP430就能完成系統(tǒng)的控制功能。軟件上大大簡化，微處理器只需對外面的開關(guān)信號做出處理，就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    在閥門控制設(shè)計(jì)中，對設(shè)計(jì)者的最大挑戰(zhàn)是如何電路設(shè)計(jì)簡單，在有限的空間里放置電子元器件。本設(shè)計(jì)中采用MSP430F2012作為系統(tǒng)的控制核心，處理電機(jī)的啟停、速度檢測、速度調(diào)節(jié)，并對外面的開關(guān)量進(jìn)行處理。將有關(guān)電機(jī)的所有控制功能交給TB6588FG處理，系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

    TB6588FG是為三相無傳感器無刷直流電機(jī)驅(qū)動而設(shè)計(jì)的專用控制芯片，通過改變模擬電壓改變PWM的占空比，來調(diào)節(jié)速度。驅(qū)動電機(jī)的電流典型值為1．5 A，峰值高達(dá)2．5 A，具有過流保護(hù)功能。供應(yīng)電壓為7～42V。具有正反轉(zhuǎn)控制功能。具有控制星形連接的無傳感器無刷直流電機(jī)的所需要的全部功能，主要功能包括：啟動電路，反向電動勢換相控制，PWM速度控制，欠壓限流保護(hù)等。使用TB6588FG，無論從硬件上還是軟件上，減少了單片機(jī)的工作量，用體積小、價格很便宜的MSP430F2012，就可完成所有的工作。單片機(jī)主要完成電機(jī)速度脈沖檢測，然后控制算法調(diào)節(jié)數(shù)字電位器，來改變控制速度的模擬電壓，調(diào)節(jié)速度。TB6588FG具有欠壓限流功能，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)。

2 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
     TB6588FG電機(jī)控制電路如圖2所示。

3 電機(jī)啟動
    電機(jī)的啟動基于VSP的模擬輸入電壓。當(dāng)此電壓大于1 V時，電機(jī)開始啟動，此時電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置不能確定。首先通過一個激勵電壓，使電機(jī)進(jìn)入直流激活模式。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，檢測到電機(jī)線圈的反向電動勢。然后驅(qū)動器進(jìn)入強(qiáng)迫通信模式，強(qiáng)迫通信模式的時間被外部的電容來決定。如圖3所示，a階段是DC激活時間，DC激活時間的調(diào)整公式為TFIX=0．69×C2×R1。b階段是強(qiáng)迫通信時間，不同的電機(jī)通過改變C1和C2電容的值可用來調(diào)整電機(jī)的啟動。

4 過電流保護(hù)電路
    閥門控制在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)的意外情況，電機(jī)堵轉(zhuǎn)可能會造成電源和電機(jī)的燒毀。TB6588FG的限流保護(hù)是通過內(nèi)部的比較器來實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。驅(qū)動器內(nèi)部具有一個比較器，負(fù)輸入端固定電壓為0．5 V，流過電機(jī)線圈的電流通過R1電阻的采樣送入驅(qū)動器內(nèi)部，通過驅(qū)動器內(nèi)部的濾波網(wǎng)絡(luò)接入比較器的正輸入端。如流過R1的電流大于設(shè)定值，則此電壓會大于0．5 V，驅(qū)動器關(guān)閉內(nèi)部驅(qū)動電路。在此電路中R2和C2是起RC濾波作用，防止PWM切換時的噪聲引起的保護(hù)誤動作。如當(dāng)R1=0．33 Ω時，最大限流電流為：Iout=0．5 V／0．33 Ω≈1．5 A。

5 速度檢測控制
5．1 速度檢測
    TB6588FG具有速度輸出腳FG_OUT，電機(jī)沒有啟動或電機(jī)發(fā)生異常時此腳輸出為低電平。當(dāng)電機(jī)被正常啟動，此腳輸出速度信號，MSP430 F2012定時器具有捕獲功能，通過捕獲速度脈沖的上下沿來算出速度，然后去調(diào)整數(shù)字電位器的阻值來調(diào)整控制速度的電壓。
5．2 速度調(diào)節(jié)電路
    CAT5119具有32為節(jié)點(diǎn)，阻值為10 kΩ的數(shù)字電位器。通過MSP430F2012的兩個I／O口來進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式是UP／DOWN。通過設(shè)置CAT51 19可使阻值最大調(diào)整為10 kΩ，最小為100 Ω，這樣控制速度的范圍為500～2500轉(zhuǎn)／min，如當(dāng)需要調(diào)整轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)／min時，通過動態(tài)調(diào)整數(shù)字電位器的阻值，來適應(yīng)負(fù)載的變化，使速度穩(wěn)定在設(shè)定的范圍上。模擬調(diào)壓電路如圖5所示。

5．3 程序軟件流程
    因?yàn)椴捎秒姍C(jī)專用驅(qū)動芯片，所以電機(jī)的控制軟件就很簡單，主要的工作就是設(shè)置MSP430F2012的內(nèi)部定時器的工作方式。其具有兩個捕獲定時器，捕獲的觸發(fā)方式選擇上下沿捕獲，然后把兩次捕獲的定時器的數(shù)字相減，就可得出速度。如果跟設(shè)定有誤差，通過調(diào)整模擬電壓來調(diào)整速度。軟件調(diào)速的中斷服務(wù)程序流程如圖6所示。

結(jié)語
    針對閥門的無傳感器三相無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用MSP430單片機(jī)結(jié)合TB6588FG設(shè)計(jì)的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。利用了TB6588FG的硬件電路，簡化了整體的電路設(shè)計(jì)，同時降低了軟件的編程難度，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。