基于C8051F500的开关磁阻电动机控制系统设计

作者:姬起群;施火泉 刊名:微特电机 上传者:张宏波

【摘要】以汽车级微控制器C8051F500作为主控芯片,结合三相中、大功率开关磁阻电动机进行系统设计。主电路采用IGBT构成的不对称半桥型电路,驱动电路采用低成本的、具有退饱和过流保护功能的PC929驱动器,采用电流斩波和变角度位置控制相结合的控制方式,系统获得了良好的运行性能,最后给出了实验结果。

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0引言随着钕铁硼磁钢紧缺和价格的上涨,加快了开关磁阻电动机发展的步伐。开关磁阻电动机(以下简称SRM)调速系统是一种新型的交流调速系统,其结构简单、坚固耐用、起动转矩大、调速范围宽、控制灵活、效率高等优越性,成为直流调速和交流变频调速系统强有力的竞争者[1]。本文以内置CAN2.0B控制器的汽车级微控制器C8051F500作为主控芯片,利用其片内资源,简化外围硬件电路。重点介绍了系统的硬件电路设计和软件控制策略,并通过实验验证该控制系统可靠性高,调速性能优良。1SRM控制系统硬件设计图1为以C8051F500为控制核心的开关磁阻电动机控制系统框图,外围电路主要有:运行控制信号输入电路,位置、电压、电流反馈信号检测与保护电路,PC929驱动电路,通信接口电路,键盘和显示等。1.1控制器采用美国SiliconLabs公司推出的汽车级混合信号微控制器C8051F500。它使用CIP-51微控制器内核,运算速度高达50MIPS,内部具有64kB图1开关磁阻电动机控制系统框图FLASH,4352字节RAM,一个高信噪比的12位ADC,2个电压比较器,硬件实现UART、SMBUS/I2C和增强的SPI串行接口,内置CAN2.0B和LIN2.1硬件控制器,4个通用的16位计数器/定时器(T/C),6个捕捉/比较模块的16位可编程计数器阵列(PCA),40个通用I/O端口,内置电源监视器,看门狗和时钟振荡器,JTAG在线调试接口等,高度集成的片上系统为设计高性能低成本的控制系统提供了方便[2]。1.2功率变换器控制对象为380V、55kW的三相12/8极开关图2功率变换器主电路磁阻电动机,主开关管采用300A/1200V的IGBT。图2为系统功率变换器主电路(A相绕组),采用不对称半桥型电路,用足了主开关管2013年第41卷第2期R读者园地eaders'home61的额定电压,不存在上下桥臂直通故障,控制简便,可靠性高。采用三相桥式全波整流电路供电,限流电阻R0限制上电瞬间大的浪涌电流,当直流母线电压高于阀值电压时,闭合交流接触器KM,主电路电流从KM流过。两只耐压为450V的电解电容C1、C2串联可承受800V的直流母线电压,R1、R2为均压电阻。R7和Q7为过压放电回路,满足快速制动的要求。以A相为例,通过PWM控制主开关器件Q1、Q2同时导通或关断来调整A相的电流,在关断时,通过快恢复续流二极管D1、D2续流进行能量回馈[3]。1.3驱动电路日本Sharp公司生产的PC929芯片,具有高速隔离、内置过流保护电路、使用方便等特点,是一种比较典型的驱动电路芯片。驱动电流最大为0.4A,具有小于0.5ms的高速响应时间,隔离电压高达4kV,适用于中小容量IGBT的驱动[4]。图3为PC929构成的IGBT驱动电路,采用独立电源供电,PC929驱动输出+15V和-10V的栅极电压。电阻R1、R2、三极管Q1和稳压管ZD1(击穿电压3.5V)构成欠压保护电路,还可以改善PC929的传输特性。Q2、Q3组成互补式功率放大器,驱动中、大功率的IGBT。R9R12、D1D3构成IGBT集电极电压检测电路,与PC929内部检测电路配合,实现过流(OC)保护。当IGBT过流时,PC929立即关断驱动输出,并由8脚输出故障信号,经过光电耦合后的OC信号输入单片机,触发功率驱动保护中断,封锁6路PWM脉冲信号。图3PC929驱动电路1.4检测电路1.4.1位置、角度及速度检测采用光电式位置传感器,它由码盘和光电脉冲发生器组成。光电传感器输出的转子位置信号经滤波、整形、光耦隔离后送

参考文献

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