四旋翼飛行器無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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3 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由三相全橋驅(qū)動(dòng)電路、反電勢過零檢測電路、電流電壓監(jiān)測電路組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。使用一片ATmega8單片機(jī)作為控制器，該單片機(jī)內(nèi)部集成了8 kB的Flash，最多具有23個(gè)可編程的I／O口，輸出時(shí)為推挽結(jié)構(gòu)輸出，驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。片上集成了AD轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、通用定時(shí)器、可編程計(jì)數(shù)器等資源。
3．1 三相全橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
三相全橋驅(qū)動(dòng)電路利用功率型MOS管作為開關(guān)器件，選用P型MOS管FD6637與N型MOS管FD6635搭配使用，設(shè)計(jì)容量為允許通過的最大電流為30 A。FD6637的開關(guān)利用三極管9013進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、FD6635的開關(guān)直接利用單片機(jī)的I／O口驅(qū)動(dòng)。電路如圖3所示。通過R17、R19、R25來減少下管FDD6635的柵極充電電流的峰值，防止震蕩并且保護(hù)MOS管；R16、R23、R24作為下拉電阻，保證下管的正常導(dǎo)通與關(guān)斷；R7、R5、R8作為上管柵極的上拉電阻，阻值選擇470 Ω，既保證了MOS管的開關(guān)速率不降低，同時(shí)也防止三極管Ic電流過大。A+、B+、C+提供驅(qū)動(dòng)橋的上橋臂的柵極導(dǎo)通信號(hào)，分別通過ATmega8單片機(jī)的3個(gè)硬件PWM通道驅(qū)動(dòng)，通過改變PWM信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速：A-、B-、C-提供下橋臂柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由單片機(jī)的I／O口控制，只有導(dǎo)通與關(guān)閉兩種狀態(tài)。本文引用地址：http://2s4d.com/article/161075.htm
3．2 反電動(dòng)勢過零檢測電路設(shè)計(jì)
電機(jī)運(yùn)行時(shí)，同一時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通，另外一組繞組懸空，切割磁感線生成反電動(dòng)勢。反電動(dòng)勢過零點(diǎn)指其繞組端電壓等于三相繞組的中點(diǎn)電壓，因此通過非導(dǎo)通相繞組的端電壓與三相繞組的中點(diǎn)電壓比較，就能得到過零點(diǎn)信號(hào)。但是電機(jī)三相繞組的中點(diǎn)連線未引出，采用三個(gè)阻值相同、星型連接的電阻虛擬得到中點(diǎn)電壓。如圖4所示，N點(diǎn)為虛擬中點(diǎn)電壓，UA、UB、UC為衰減后的電機(jī)相電壓接單片機(jī)的AD0～AD2通道。利用ATmega8內(nèi)部的模擬比較器實(shí)現(xiàn)過零比較，N接比較器的正向輸入端，該模擬比較器的負(fù)向輸入端可以通過軟件配置選擇片內(nèi)AD轉(zhuǎn)換器的AD0～AD2通道，用單比較器實(shí)現(xiàn)三相電壓比較。
3．3 電流電壓監(jiān)測電路設(shè)計(jì)
電流電壓監(jiān)測電路用來監(jiān)測無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的總電流與系統(tǒng)供電電池電壓的值。電路如圖5所示，利用康銅絲構(gòu)成阻值為0．01Ω的電阻，總電流流過該電阻形成的電壓經(jīng)過R11與C8組成的截止頻率為2．3 kHz的一階低通濾波器后連入單片機(jī)的AD3端口，通過計(jì)算可得系統(tǒng)電流。電壓檢測電路通過簡單電阻分壓的形式將系統(tǒng)電池供電電壓調(diào)整到AD轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)。通過電流電壓監(jiān)測防止因?yàn)楣收习l(fā)生時(shí)電流過大導(dǎo)致設(shè)備燒毀，也防止飛行器升空后由于電池電壓不足摔毀。
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