电动车无刷电机控制器软件设计要点

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1、电动车无刷电机控制器软件设计要点1、电子换相无刷电机要对转子永磁体位置进行精确检测，并用电子开关切换不同绕组通电以获得持续向前的动力，在目前的绝大多数电动车三相无刷电机中均使用三个开关式的霍尔传感器检测永磁体相对于定子线圈的位置，控制器跟据三个霍尔传感器输出的六种不同信号输出相应的控制信号驱动电子开关向马达供电。这就是所谓六步换相法。从电机原理可以看出，换相必须及时，否则会导致电机失步，从而使电机噪音增大，效率降低，严重的还会导致控制器，电机烧毁。鉴于以上要求，我们测得市面上普通的无刷马达在最高转速时大约每1.2ms左右换相一次。考虑到输入到单片机的换相信号容易受干扰，加上

2、线路上滤波电容的影响，单片机程序在读取霍尔换相信号时应至少连续读取6次，以6次霍尔信号完全一致时才采用该值作为换相信号的真值，这就是鉴相。取得换相信号后，我们将其与上次读到的值做对比，如果相同，则表示没有换相，如果不同，则要跟据这个值去取得一个相对应的驱动信号，从而驱动电子开关动作。这个过程可以使用逐项比较法，查表法等来实现。鉴于查表法比较快捷，一般使用查表法。其中需要考虑的是，一旦获得的信号与所有的六个信号都不相同，可能表示电机中霍尔元件或者其连接线路出现故障，此时我们应该让电机断电以避免误操作。市面上有两种电机，即所谓的120°和60°霍尔信号，这个角度代表三个霍尔器件

3、输出的三相电信号其相位角相差的角度，其实这里面的区别仅仅是电平的不一样，在马达内部的安装上，位置没什么不同，只是中间一相的相位相反，所以仍然是六种信号对应六种驱动，软件上将表稍作调整即可。需要提一下的是，在120°的霍尔信号中，不可能出现二进制0B000和0B111的编码，所以在一定程度上避免了因霍尔零件故障而导致的误操作。因为霍尔元件是开路输出，高电平依靠电路上的上拉电阻提供，一旦霍尔零件断电，霍尔信号输出就是0B111。一旦霍尔零件短路，霍尔信号输出就是0B000，而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现，所以一定程度上影响了软件判断故障的准确率。目前市面马达已

4、经逐渐舍弃60°相位的霍尔排列。编程提示：在程序上，我们综合考虑单片机的处理速度，采用定时中断去检测相位变化，中断周期采用64μS，中断源使用PWM本身中断。在同一个中断中，我们还将安排其它更重要的工作，这个在后面的电流控制中再说明。2、无级调速由于使用直流电源，电机的速度得依靠调节加在电机两端的电压来调整，较简单的办法是使用PWM脉宽调制来调节加到电机两端的电压。PWM的工作周期根据电机的使用环境，采用64μS，折算成频率大约15.625KHz，频率太低了会产生人耳能明显感觉到的高频噪声，电流也不容易控制;太高了又增加电子开关的开关损耗。PWM脉冲的最大宽度，这个直接影响

5、到电机的最高速度，则由手柄输出的电压决定。手柄电压检测简单，人对速度的感觉很迟钝，所以手柄的检测不需要很频繁，这个AD检测与电源电压，刹车等检测均不需要很快的速度，所以每隔10mS-50mS轮番检测一次便足够。编程提示：由于现在大多采用线性霍尔作为手柄调节速度方案，优点是无触电，故障率极低。缺点是在5V供电的情况下，电压只能在1.1V-4.3V的范围内变化，这只需要我们做一点简单的运算，或者采用查表的方法，将这期间的AD数值转换成PWM占空比的值即可。虽然讲是无级调速，实际上分32级时人已经感觉不出来了。但是有一点，根据手柄得出的PWM脉冲宽度不能直接用来控制PWM占空比，

6、需要在电流允许的情况下才能让占空比达到设定值。3、刹车断电电动车在刹车手柄附近装了一个微动开关，一方面在刹车时点亮刹车灯，一方面给控制器提供一个刹车高或低电平信号，各厂家不一定，在电路上作一些电平转换很容易就可以提供给单片机一个准确的信号，我们可以采用数字测量的方法测量这个电平是高还是低，也可以使用AD去测量有几伏，总之监测到这个信号后必须关闭所有的驱动输出和PWM输出，这就可以实现刹车断电。编程方面我就不多说了。至于如何实现EBS电子刹车，以后再叙。4、限流驱动这是整个控制器的灵魂，如果限流驱动没做好，其他功能再好还是一个字：烧!。电动车控制器的电子开关均使用功率MOSF

7、ET控制，MOSFET的最大允许电流，最大允许功耗都有其限制，如果没有电流控制，或者电流控制不好，均会导致功率MOSFET的烧毁，从而导致整个控制器报废，因此电流控制是本程序的重中之重，这个做不好，其它功能一概免谈。电流信号经康铜丝采样之后分两路，一路送至放大器，一路送至比较器。放大器用来实时放大电流信号，放大倍数大约11倍，放大后的信号提供给单片机进行AD采样转换，转换所得AD值用来控制电流不超过我们所允许的值。另一路信号送至比较器，当电流突然由于某种原因大大超过允许值，比如一只MOSFET击穿或误导通时，比较器