无刷直流马达全数位锁相回路脉宽调变截波与换相控制IC.doc

无刷直流马达全数位锁相回路脉宽调变截波与换相控制IC    1无刷直流马达全数位锁相回路脉宽调变截波与换相相控制,PWM信号产生,与电流控制等交由ASIC来执行,如此将可减轻其运算负担,,文献[12]虽已有记载,然该文著重在电晶体阶层(transistorlevel)设计上的论述,本文提出以AlteraFlex8282之CPLD元件在逻辑闸与暂存器阶层(gateandregisterlevels)设计一个无刷直流马达换相控制IC,其系统方块图如图1所示,其中以全数位锁相回路(all-digitalphase-lockedloop)技术产生PWMchopper的系统时脉(clock),并以数位逻辑电路设计PWMchopper及换相控制解码器,以控制切换反流器晶体开关,,每对磁极相间90度机械角度,为了感测磁极位置,在定子上亦装有三个霍尔感测元件,每个相2表1反流器切换开关动作与霍尔感测器输出信号对照表反流器切换开关霍尔感测器S1S2S3S4S5S6zyxonoffoffonoffoff100onoffoffoffoffon110offoffonoffoffon010offononoffoffoff011offonoffoffonoff001offoffoffononoff101eθo360o180o0o120o60o240o300xyz5S3S1S5132646S4S2St图4反流器开关对应霍尔感测器输出之切换波形距30度机械角度,当转子的N极转到感测器的位置时,感测器输出为1,当S极转到感测器的位置时,感测器输出为0,故可将每对转子磁极分为六个区间,每个区间的机械角度为15度,电气角度为60度,如图2所示,为了达到有效的控制,定子线圈必须根据转子磁极所在的位置来切换反流器的晶体开关产生方波电流,经由实验显示,反流器的上臂开关(5,31,SSS)与下臂开关(6,42,SSS)每经一次切换,则此无刷直流马达即些微转动后,停滞在某一机械角度位置,六组开关一一测试后得出相对应三个霍尔感测元件的输出信号表如表1所示,,我们便可依读取的霍尔感测器(x,y,z)数值送出使马达转子转到下一个(或下两个)区间位置的开关信号,依此方式,每侦测到转子磁极位置变动时,即送出新的开关信号,便可使马达连续地转动起来,,其马达控制的方式就与一般的永磁直流马达相同,藉由调整反流器开关PWM切换信号的责任周期,即可直接控制马达的转速[13].若以转子磁极之下两个区间位置做为切换开关命令,并以截波(chopper)方式产生PWM波[14],则可得出六个切换开关的控制波形如图4所示,例如当(x,y,z)=(1,0,1)时的下两个区间切换开关为1S与6S,其中以下臂开关(6S)产生PWMchopper波形,,本文研制的换相控制IC分成三个功能方块:系统时脉产生器,PWM产生器,和换相解码图5系统时脉产生器方块图表2PWMcho