一種嵌入式數字電調控制器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種嵌入式數字電調控制器，包括單片機(1)、逆變驅動橋(2)、反電動勢反饋電路(4)、電流反饋電路(6)和電源電路(7)；單片機(1)的定時器B與逆變驅動橋(2)相連，單片機(1)的另一個定時器A與接收機接口(3)相連，逆變驅動橋(2)經過反電動勢反饋電路(4)與單片機(1)的比較器(5)相連，逆變驅動橋(2)還經過電流反饋電路(6)與單片機(1)的ADC相連，電源電路(7)與單片機(1)、接收機接口(3)、逆變驅動橋(2)和電源接口(8)相連。本實用新型專利技術實現了對航模無刷直流電機的有效控制，其硬件電路上結構簡單，縮小了硬件體積，減輕了重量，滿足航模無刷電調的在各方面的需求。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種數字電調控制器，特別是一種應用于航模飛行器中無刷電機 的嵌入式數字電調控制器。
技術介紹
目前應用于航模飛行器中的無刷電機電子調速器采用的普遍方案是檢測反電動 勢過零點實現的。即通過不斷檢測三相無刷電機的相電壓和過零點的閾值比較獲得電機的 換相時刻，從而采取下一步通電措施確保電機穩定運行。實現反電動勢過零點檢測主要有兩種方法實現，一種是用ADC采樣電機的三相相 電壓，通過軟件比較相電壓和電機中心點電壓實現過零點檢測；另一種是采用硬件比較器 直接比較相點壓和中心點電壓，軟件捕獲比較器翻轉波形實現過零點的檢測。采用ADC軟件實現過零點檢測，其優點在于檢測穩定可靠，抗干擾能力強，誤檢和 漏檢的概率低。但電機控制要求一定的實時性，所以ADC必須實現采樣相電壓進行軟件上 的比較，這樣整個MCU的工作負荷會有一定的上升，并且ADC必須有足夠的轉換速度才行。 在航模應用中，無刷電機平均轉速都在10000轉/分以上，這樣軟件比較的頻率將會大幅上 升，MCU的負荷將是直接影響電調性能的因素。基本上航模電調所用的控制器都是單片機， 處理速度不會很高。用ADC軟件檢測過零點，在控制高速運轉的電機就存在著瓶頸。而采用硬件比較器就不存在這個技術瓶頸，硬件上的比較速率遠遠大于軟件，軟 件上只需采用中斷形式捕獲比較器電平翻轉產生的跳變沿就能實現過零點的檢測。這樣一 來就大大節省了 MCU的工作負荷，保證了有充足的時間去完成各項輔助功能。而采用硬件 比較器帶來的缺點是抗干擾能力弱，容易發生誤檢和漏檢，這必須在硬件上增加濾波電路， 軟件上需要進行軟件濾波。這樣一來，在整個電調硬件設計上增加了許多元器件，甚至有些 單片機無內部比較器，還需外擴，既增加了成本又增加了電調的體積和重量。有悖于航模電 調的設計原則。并且目前采用的所有MCU都是低電壓供電(5V或者以下)，而電調的電源是基本是 大于IOV的電池組供電。所以還需增加穩壓電路給MCU供電。而MCU對電機的各項參數和 三相電壓進行檢測，之間的電壓又需要先進行分壓處理才能進入到MCU，又增加了元器件。
技術實現思路
本技術的目的在于，提供一種嵌入式數字電調控制器。它采用硬件比較器法， 在控制高速運轉的電機不存在瓶頸，且克服了現有硬件比較器抗干擾能力弱，容易發生誤 檢和漏檢的缺點，而且硬件結構簡單。本技術的技術方案一種嵌入式數字電調控制器，其特征在于包括單片機、 逆變驅動橋、反電動勢反饋電路、電流反饋電路和電源電路；單片機的定時器B與逆變驅動 橋相連，單片機的另一個定時器A(TAO)與接收機接口相連，逆變驅動橋經過反電動勢反饋 電路與單片機的比較器相連，逆變驅動橋還經過電流反饋電路與單片機的ADC(模數轉換器)相連，電源電路與單片機、接收機接口、逆變驅動橋和電源接口相連。前述的嵌入式數字電調控制器中，所述電流反饋電路包括逆變驅動橋與電源地之 間串聯的采樣電阻，采樣電阻產生的壓降經運放放大后進入單片機的ADC。前述的嵌入式數字電調控制器中，所述反電動勢反饋電路包括低通RC濾波電路 和3個電阻組成的星形網絡電路。前述的嵌入式數字電調控制器中所述單片機為MSP430FR1000單片機。其中單片機電源是由外部電源直接提供，中間無需加穩壓電路即單片機和逆變驅 動橋的電壓是相同的。由于FR1000獨有的電氣特性，模擬I/O 口承受的電平范圍最高為電 源電壓。逆變驅動橋實現對電機的換控制。和H橋的設計類似，上管采用P溝道的功率管， 下管采用N溝道的功率管。定時器B (TB)輸出的六路PWM經單片機推挽后輸出，模擬驅動口最大電平能輸出 和驅動電機一樣的電壓。所以在驅動逆變驅動橋電路設計上不需要再加驅動電路，能直接 驅動。反電動勢反饋電路是實現反電動勢過零點檢測。檢測反電動勢過零點，是要通過 非導通相的電壓與中心電壓比較，在相等時刻即為反電動勢為0時，在經過30°電氣角就 是實際換相時刻。中心電壓的提取是通過構建星型網絡實現。由于采用PWM調制方式，端電壓中帶 有干擾信號，所以還要經過低通RC濾波，濾波后的電壓可以進入比較器比較。由于FR1000 獨有的電氣特性，三相反電動勢電壓可以直接進入比較器輸入端，無需再分壓處理。濾波后的電壓通過三個電阻構成星型網絡得到中心點電壓，作為比較器的參考電 壓進入比較器參考端。在每次反電動勢過零點時，比較器輸出電平會發生多次跳變。在實 際比較中，由于參考電壓和比較電壓的波動，會導致比較器輸出發生多次跳變，所以比較器 設計為遲滯比較對系統的穩定性更加可靠，FR1000單片機內置可編程遲滯比較器，外部無 需再設計。電流反饋電路是現實對電機電流采樣檢測。在驅動橋與電源地之間串聯一個采樣 電阻，電阻產生的壓降經運放放大后進入單片機ADC采樣轉換處理。由于ADC內部電路由 電源電壓專用采樣通道，所以對電源電源檢測無需再外部設計。接收機產生的PPM信號電壓范圍為0 5V，能直接進入單片機定時器捕獲口。 FR1000電調控制器需給接收機提供工作電壓，所以必須另加穩壓電路給接收機供電。與現有技術相比，本技術采用硬件比較器法，在控制高速運轉的電機不存在 瓶頸，實現了對航模無刷直流電機的有效控制，其硬件電路上結構簡單，縮小了硬件體積， 減輕了重量，滿足航模無刷電調的在各方面的需求。本技術的電調控制器經過使用測 試，效果良好，電機啟動性能高，調速曲線平滑。各項保護措施經破壞性測試，功能有效，無 失靈。附圖說明圖1是本技術的結構示意圖；圖2是本技術工作流程圖。4附圖中的標記為1-單片機，2-逆變驅動橋，3-接收機接口，4-反電動勢反饋電 路，5-比較器，6-電流反饋電路，7-電源電路，8-電源接口，9-電機。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術作進一步的說明，但并不作為對本技術 限制的依據。實施例。一種嵌入式數字電調控制器，結構如圖1所示包括單片機1、逆變驅動 橋2、反電動勢反饋電路4、電流反饋電路6和電源電路7 ；單片機1的定時器B與逆變驅動 橋2相連，單片機1的另一個定時器A與接收機接口 3相連，逆變驅動橋2經過反電動勢反 饋電路4與單片機1的比較器5相連，逆變驅動橋2還經過電流反饋電路6與單片機1的 ADC相連，電源電路7與單片機1、接收機接口 3、逆變驅動橋2和電源接口 8相連。所述電 流反饋電路6包括逆變驅動橋2與電源地之間串聯的采樣電阻，采樣電阻產生的壓降經運 放放大后進入單片機1的ADC。所述反電動勢反饋電路4包括低通RC濾波電路和3個電阻 組成的星形網絡電路。所述單片機1為MSP430FR1000單片機。FR1000嵌入式數字電調控制器軟件系統主要分為電機驅動部分，功能檢測保護部 分和參數編程部分三大塊。其中電機驅動部分系統主體，完成對無刷電機的基本驅動控制， 包含了啟動、換相、過零點檢測、剎車、油門信號捕獲子程序。檢測保護功能包括電池電壓監 測、電流監測、油門信號監測，這些功能有些是包含在其他子程序中。參數編程是在系統剛 運行時，處理用戶設定個別系統參數的子程序。工作過程(如圖2所示)。嵌入式數字電調控制器在上電時首先會對電源電壓進行檢測，其中采用單片機1 內部ADC電源電壓專用通道對其采樣轉換。當電源電源過高本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種嵌入式數字電調控制器，其特征在于：包括單片機（１）、與電機（９）相連的逆變驅動橋（２）、反電動勢反饋電路（４）、電流反饋電路（６）和電源電路（７）；單片機（１）的定時器Ｂ與逆變驅動橋（２）相連，單片機（１）的另一個定時器Ａ與接收機接口（３）相連，逆變驅動橋（２）經過反電動勢反饋電路（４）與單片機（１）的比較器（５）相連，逆變驅動橋（２）還經過電流反饋電路（６）與單片機（１）的ＡＤＣ相連，電源電路（７）與單片機（１）、接收機接口（３）、逆變驅動橋（２）和電源接口（８）相連。

【技術特征摘要】
1.一種嵌入式數字電調控制器，其特征在于包括單片機(1)、與電機(9)相連的逆變 驅動橋O)、反電動勢反饋電路G)、電流反饋電路(6)和電源電路(7)；單片機(1)的定時 器B與逆變驅動橋⑵相連，單片機(1)的另一個定時器A與接收機接口(3)相連，逆變驅 動橋⑵經過反電動勢反饋電路⑷與單片機⑴的比較器(5)相連，逆變驅動橋(2)還 經過電流反饋電路(6)與單片機⑴的ADC相連，電源電路(7)與單片機(1)、接收機接口 (3)、逆變驅動橋(2)和電源...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱小夢，王麗花，
申請(專利權)人：利爾達科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：86