基于Cortex-M3内核MCU的BLDCM控制器研究
电机内部的三个霍尔元件在空间彼此相隔120°电角度，与其配套的永磁体的极弧宽为180°，转子旋转时，三个霍尔元件将交替输出三个宽为180°、相位互差120°的矩形波信号(H1，H2，H3)。这三路信号经过进一步整形(图3为三相霍尔脉冲信号的整形电路)后被MCU的CAP端口捕捉，捕捉信息一方面作为换相逻辑参与生成并输出PWM信号，另一方面速度计算模块利用其中一路脉冲(如H1，应注意电机极对数为P时，每转有P个方波)的前后沿时间间隔计算得到转速反馈值。控制器将转速反馈值送至LCD显示的同时将其与转速设定值比较并获得转速偏差，再经ASR运算得到电流给定值，电流反馈值与电流给定值相比较便得到电流偏差值，再经ACR运算得到PWM占空比调节值。PWM模块根据所得占空比值和换相逻辑在母线电流未超限时输出PWM并通过高速光耦TIL117送给驱动电路IR2130。
考虑到可靠性，MOSFET逆变桥驱动电路采用集成器件IR2130。IR2130自身的工作电源电压的范围较宽(3～20 V)，并可对同一桥臂上下2个功率器件的栅极驱动信号产生2μs的互锁延时，能有效避免直通短路。
2．2 控制算法选择及检测处理方法
由LM3S615构建的控制器采用了电流内环、转速外环的双闭环控制策略。考虑BLDCM是一种自控式电机，MCU运算能力不比DSP，同时包括电机在内的全系统运行性能也受电机自身性能影响，所以ASR和ACR无需采用过于复杂的算法，这里两者均采用增量式PI算法，与位置式PI算法相比增量式PI算法不需要累加，控制器只输出增量，受误动作影响较小，控制增量仅与最近K次的采样值有关，容易通过加权处理而获得较好的控制效果。PI参数整定时可先固定积分环节为零，调节比例环节至系统响应稳定，然后再调节积分环节来改善系统的动态响应和静态稳定性能。
图3中三路霍尔信号经高速光耦隔离后再通过上拉电阻、非门、电容整形滤波后送至单片机，TIL117输入回路有一定输入电流需求，不能用霍尔信号直接驱动，光耦输出接反相器后恢复了原信号的逻辑状态。
对BLDCM母线电流的检测方法有传感器法和串电阻法等，用霍尔等传感器检测电流时线路相对复杂、成本较高，在被检电流较小时检测精度会受影响，母线串电阻法简单，但应注意控制电阻功耗。这里通过串电阻法检测母线电流，为降低电阻功耗并保证检测精度，选择了美国威世公司0．47 Ω检流用高精度小电阻，预计功耗不超过0．1 W。用导线从检流电阻两端引出，经滤波后接入图4所示电路，该电路是利用TI公司的宽带低噪音运放OPA842ID搭建的高输入阻抗差动放大电路，它能有效放大两路输入信号差值。差动电路输出送至MCU的ADC1通道进行10位A／D转换，图4为检流差动放大电路。
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