基于FSAM50SM60A的無刷直流電機控制器設計

摘 要：本文介紹了以R5F21346FKFP為主控芯片，FSAM50SM60A為功率驅動芯片的無刷直流電機控制器的設計，具體分析系統的硬件設計原理，軟件架構和算法，及測試數據。

關鍵詞：R5F21346FKFP;FSAM50SM60A;無刷直流電機

無刷直流電機（BLDCM）通過電子換向裝置代替有刷直流電機（BDCM）機械換向裝置，換向靈活，效率高，電磁輻射小，電機的使用壽命增長。本文設計了以R5F21346FKFP為控制芯片，FSAM50SM60A為功率驅動芯片的無刷直流電機控制器。

1 系統硬件設計

無刷直流電機控制器的硬件電路由MCU電路、信號檢測處理電路、功率驅動電路及電源電路組成，系統硬件設計如圖1所示。MCU電路輸出PWM信號控制功率驅動電路，驅動電機轉動，信號檢測電路將電機電流、轉子位置及溫度信號反饋至MCU電路，形成電機的閉環控制。

無刷直流電機的功率驅動一般選擇全橋式驅動電路，如圖2所示，功率管兩兩導通，即任意時刻電機繞組僅兩相導通，第三相懸空。ECU產生PWM信號，控制切換功率管導通與截止。

本文選用FSAM50SM60A作為無刷直流電機的驅動芯片。FSAM50SM60A屬于一款智能功率模塊，內部集成三個IGBT驅動電路、三個Sense-IGBT驅動電路及高壓集成電路，具有欠壓、過壓和過流保護功能。FSAM50SM60A芯片內部集成度高，便于簡化外部電路，適用于中低功率直流電機的功率驅動。FSAM50SM60A功率驅動電路原理如圖3所示。

2 系統軟件設計

電機反饋電流采集數據的準確度對電機的閉環控制影響較大，本文采用變加權中值濾波法對反饋電流值進行濾波處理。除去最大值和最小值去移動均值，并改變濾波權重，保留有效值，將前一次的濾波數據迭代到本次運算，降低電磁噪聲的干擾。

電流PID控制的流程圖如圖5所示。采集無刷電機的實際電流，計算出實際電流與目標電流的差值，對電流偏差值進行積分運算，對無刷電機的電流進行PID控制，產生控制電機的PWM信號。為了保護無刷電機，需對輸出PWM信號進行限幅處理。為避免電流偏差積分量飽和，使輸出量響應滯后，對電流偏差積分量進行限幅處理。

3 實驗結果分析

無刷電機轉速變化時，測量電機的實際電流，測試電機的實際電流跟隨目標電流的性能。測試數據如圖6所示，實際電流在25ms以內可以達到最大值，電機響應速度快;實際電流比目標電流達到最大值的時間落后8ms，在設計允許范圍之內。

4 總結

本文實現了無刷直流電機的閉環PID控制，實驗結果表明控制器穩定性好、控制精度較高，具有一定的應用價值。

參考文獻：

[1]王捷，艾紅.無刷直流電機轉速閉環控制系統設計[J].自動化技術與應用，2017，36（09）：22-26.

[2]張新榮，張理偉，劉紅平 等.無刷直流電機基于線間反電動勢的轉子位置估計[J].長安大學學報（自然科學版），2016，36（01）：105-111.

[3]趙毅，牟同升，沈小麗.單片機系統中數字濾波的算法[J].電測與儀表，2001（06）：5-8.

基金項目：

本文系基于天津職業技術師范大學校級科研項目資助（項目編號：XJKC031722）。

作者簡介：

侯麗娟（1986—），女，漢族，山東菏澤人，碩士，實驗師，研究領域：嵌入式和控制工程。