四軸飛行器三相六臂全橋驅(qū)動電路

1、no.2big-bit半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng) http:/ic.big-四軸飛行器三相六臂全橋驅(qū)動電路 【大比特導(dǎo)讀】下面這篇文章針對四軸飛行器無位置傳感器無刷直流電機的驅(qū)動控制，設(shè)計開發(fā)了三相六臂全橋驅(qū)動電路及控制程序。設(shè)計采用atmega16單片機作為控制核心，利用反電勢過零點檢測輪流導(dǎo)通驅(qū)動電路的6個mosfet實現(xiàn)換向;直流無刷電機控制程序完成mosfet上電自檢、電機啟動軟件控制，pwm電機轉(zhuǎn)速控制以及電路保護功能.四軸飛行器是近來在專業(yè)與非專業(yè)領(lǐng)域都非?；鸨募夹g(shù)產(chǎn)品。下面這篇文章針對四軸飛行器無位置傳感器無刷直流電機的驅(qū)動控制，設(shè)計開發(fā)了三相六臂全橋驅(qū)動電路及控制程序。設(shè)計采用atme

2、ga16單片機作為控制核心，利用反電勢過零點檢測輪流導(dǎo)通驅(qū)動電路的6個mosfet實現(xiàn)換向;直流無刷電機控制程序完成mosfet上電自檢、電機啟動軟件控制，pwm電機轉(zhuǎn)速控制以及電路保護功能。該設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低、電機運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了電機連續(xù)運轉(zhuǎn)。近年來，四軸飛行器的研究和應(yīng)用范圍逐步擴大，它采用四個無刷直流電機作為其動力來源。無刷直流電機為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，直接驅(qū)動螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)。無刷直流電機的驅(qū)動控制方式主要分為有位置傳感器和無位置傳感器的控制方式兩種。由于在四軸飛行器中的要求無刷直流電機控制器要求體積小、重量輕、高效可靠，因而采用無位置傳感器的無刷直流電機。本文采用的是朗宇x2212

3、 kv980無刷直流電機。無刷直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路和系統(tǒng)程序控制兩部分。采用功率管的開關(guān)特性構(gòu)成三相全橋驅(qū)動電路，之后使用dsp作為主控芯片，借助其強大的運算處理能力，實現(xiàn)電機的啟動與控制，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，缺乏經(jīng)濟性。直流無刷電機的換向采用反電勢過零檢測法，一旦檢測到第三相的反電勢過零點就為換向做準(zhǔn)備。反電勢過零檢測采用虛擬中性點的方法，通過檢測電機各相的反電勢過零點來判斷轉(zhuǎn)子位置。而基于電機三相繞組端電壓變化規(guī)律的電機電流換向理論，可以大大提高系統(tǒng)控制精度。本文無刷直流電機的驅(qū)動電路采用三相六臂全橋電路，控制電路的管理控制芯片采用atmega 16單片機實現(xiàn)，以充分發(fā)揮其高

4、性能、資源豐富的特點，因而外圍電路結(jié)構(gòu)簡單。無刷直流電機采用軟件啟動和pwm速度控制的方式，實現(xiàn)電機的啟動和穩(wěn)定運行，大大提高四軸飛行器無刷直流電機的調(diào)速和控制性能。三相六臂全橋驅(qū)動電路無刷直流電機驅(qū)動控制電路如圖1 所示。該電路采用三相六臂全橋驅(qū)動方式，采用此方式可以減少電流波動和轉(zhuǎn)矩脈動，使得電機輸出較大的轉(zhuǎn)矩。在電機驅(qū)動部分使用6個功率場效應(yīng)管控制輸出電壓，四軸飛行器中的直流無刷電機驅(qū)動電路電源電壓為12 v.驅(qū)動電路中，q1q3采用ir公司的irfr5305(p溝道)，q4q6為irfr1205(n 溝道)。該場效應(yīng)管內(nèi)藏續(xù)流二極管，為場效應(yīng)管關(guān)斷時提供電流通路，以避免管子的反向擊穿，

5、其典型特性參數(shù)見表1.t1t3 采用pdtc143et為場效應(yīng)管提供驅(qū)動信號。no.4big-bit半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng) 表1 mosfet管參數(shù)由圖1 可知，a1a3 提供三相全橋上橋臂柵極驅(qū)動信號，并與atmega16單片機的硬件pwm驅(qū)動信號相接，通過改變pwm信號的占空比來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制;b1b3提供下橋臂柵極驅(qū)動信號，由單片機的i/o口直接提供，具有導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。圖1 無刷直流電機三相六臂全橋驅(qū)動電路無刷直流電機驅(qū)動控制采用三相六狀態(tài)控制策略，功率管具有六種觸發(fā)狀態(tài)，每次只有兩個管子導(dǎo)通，每60°電角度換向一次，若某一時刻ab 相導(dǎo)通時，c 相截至，無電流輸出。單片機根

6、據(jù)檢測到的電機轉(zhuǎn)子位置，利用mosfet的開關(guān)特性，實現(xiàn)電機的通電控制，例如，當(dāng)q1、q5 打開時，ab 相導(dǎo)通，此時電流流向為電源正極q1繞組a繞組bq5電源負(fù)極。類似的，當(dāng)mosfet 打開順序分別為q1q5，q1q6，q2q6，q2q4，q3q4，q3q5時，只要在合適的時機進行準(zhǔn)確換向，就可實現(xiàn)無刷直流電機的連續(xù)運轉(zhuǎn)。反電勢過零檢測無刷直流電機能夠正常連續(xù)運轉(zhuǎn)，就要對轉(zhuǎn)子位置進行檢測，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確換向。電機轉(zhuǎn)子位置檢測方式主要有光電編碼盤、霍爾傳感器、無感測量三種方式。由于四軸飛行器無刷直流電機要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，因而采用無位置傳感器的方式，利用第三相產(chǎn)生的感生電動勢過零點時刻延

7、遲30°換向。雖然該方法在電機啟動時比較麻煩，可控性差，但由于電路簡單、成本低，因而適合于在正常飛行過程中不需要頻繁啟動的四軸飛行器電機。由于無刷直流電機的兩相導(dǎo)通模式，因而可以利用不導(dǎo)通的第三相檢測反電勢的大小。如圖2反電勢檢測電路，中性點n 與單片機的ain0 相接，ain，bin，cin分別接單片機的adc0，adc1，adc2.不停地比較中性點n電壓與a，b，c三相三個端點電壓的大小，以檢測出每相感生電動勢的過零點。atmega16單片機模擬比較器的正向輸入端為ain0，負(fù)向輸入端根據(jù)admux寄存器的配置而選擇 adc0，adc1，adc2，從而利用了單片機自帶的模擬比較器的復(fù)用功能。當(dāng)a，b相通電期間，c相反電勢與中性點n進行比較，類似的，就可以成功檢測出各相的過零事件。圖2 反電勢檢測電路電機的反電勢檢測出來后，就可以找到反電勢的過零點，在反電勢過零后延遲30°電角度進行換向操作。驅(qū)動電路采用三相六臂全橋電路，mosfet 作為開關(guān)元件，利用atmega 16 單片機作為控制芯片，反電勢過零檢測以及軟件啟動的控制方式，并延遲30&