基于PSoC3芯片的無(wú)位置傳感器BLDC電機(jī)控制

過(guò)流保護(hù)
電機(jī)的過(guò)流保護(hù)可以保護(hù)電路板及電機(jī)免于大電流造成的發(fā)熱和損壞。過(guò)流保護(hù)的功能要求快速、準(zhǔn)確、靈活。CY8C3866AXI-040片內(nèi)的模擬模塊可以很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。圖12為PSoC Creator中過(guò)流保護(hù)電流的設(shè)計(jì)：

圖12 Creator中過(guò)流保護(hù)電路的原理圖設(shè)計(jì)
CurrIn為采樣電阻上采樣的電流信號(hào)，PGA_OC為增益可調(diào)的放大器，它將流過(guò)采樣電阻上的電流信號(hào)進(jìn)行放大。 VDAC8_OC 為8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號(hào)，它將用戶設(shè)置的最大電流閾值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)。Comp_OC為比較器。比較器的輸出連到PWM模塊的Kill端。這樣，如果實(shí)際電流大于所設(shè)定的閾值時(shí)，比較器信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，PWM輸出即被關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了硬件保護(hù)功能。
PWM被關(guān)斷的模式也可以靈活的配置：

圖13 PWM模塊中Kill信號(hào)的模式配置
Disabled： Kill信號(hào)不起作用
Asynchronous ： 當(dāng)Kill信號(hào)有效時(shí)，保持關(guān)斷
Single Cycle： Kill信號(hào)只在當(dāng)前PWM周期有效
Latched： Kill信號(hào)一經(jīng)觸發(fā)，即使Kill信號(hào)恢復(fù)，模塊也一直保持關(guān)斷
Min-Time： Kill信號(hào)有效后，用戶可以設(shè)置模塊被關(guān)斷的時(shí)間周期

速度閉環(huán)調(diào)節(jié)

速度閉環(huán)設(shè)計(jì)可以保證電機(jī)速度在負(fù)載，電壓等發(fā)生變化時(shí)，保持速度穩(wěn)定。最經(jīng)典的控制方法為PID控制，其公式如下：

其中 為速度誤差， 為積分系數(shù)， 為比例系數(shù)。
這種為絕對(duì)式PID控制，每次計(jì)算都把往次的結(jié)果累加起來(lái)，這增加了CPU的負(fù)擔(dān)。 而相對(duì)式PID則是一種改進(jìn)的方法：

這種方法只計(jì)算輸出量的增量，對(duì)于積分環(huán)節(jié)，也只計(jì)算本次的誤差，無(wú)需累加計(jì)算。這種算法時(shí)候與基于微控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)。
用戶界面
本設(shè)計(jì)提供了多樣的用戶界面，以方面對(duì)電機(jī)控制參數(shù)的修改，并了解電機(jī)的狀態(tài)信息。
一種用戶界面是基于LCD面板和電容觸摸按鍵的，LCD面板為顯示接口，電容觸摸按鍵則是用戶輸入接口。電容觸摸按鍵是利用電容感應(yīng)技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)手指與按鈕之間的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵和旋鈕功能。如圖14所示，BT1和BT2是兩個(gè)電容觸摸按鍵，另外還有一個(gè)滑條可以動(dòng)態(tài)改變參數(shù)：

圖14 電容感應(yīng)滑條和按鍵
　　此用戶界面的狀態(tài)機(jī)如下：

　 圖15 用戶界面的狀態(tài)機(jī)
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、最大電流、PID參數(shù)都可以借助上述用戶界面來(lái)設(shè)置。CY8C3866AXI-040　片內(nèi)的Capsense模塊以及LCD模塊能很方便的完成按鍵掃描已經(jīng)數(shù)據(jù)顯示。
另外，本設(shè)計(jì)還允許用戶通過(guò)UART接口由GUI來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的監(jiān)控，這里就不做贅述?！?br />結(jié)語(yǔ)
基于PSoC3(CY8C3866AXI-040)的無(wú)位置傳感器BLDC電機(jī)控制利用片內(nèi)豐富的資源減少了BLDC無(wú)傳感器控制對(duì)外部器件的依賴。片內(nèi)模擬多路選擇器和比較器可以實(shí)現(xiàn)在PWM高電平時(shí)刻對(duì)反電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行采樣。換相狀態(tài)機(jī)和過(guò)流保護(hù)功能完全可由片內(nèi)硬件模塊完成。此外，該芯片在處理電機(jī)控制的同時(shí)還具備強(qiáng)大的用戶界面接口功能。