基于STM32的无刷直流电机驱动器设计(共4页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上基于STM32的无刷直流电机驱动器设计作者：马宗毅 曾绍稳来源：科技创新与应用2016年第10期        摘 要：利用主控制器STM32所具有的优势，设计无位置传感器无刷直流电机为控制对象的驱动器，包括功率驱动电路、三相逆变电路、反电动势检测电路和电流与电压监测电路。该驱动器设计成本较低，具有一定的应用价值。        关键词：STM32；无位置传感器；无刷直流电机   

2、     1 概述        与8位单片机有限指令和性能相比，32位STM32处理器的工作频率达到72MHZ，处理能力达到1.25DMIPS，能实现高端运算能力；与32位DSP高成本和高功效相比，32位STM32处理器具有出众的功耗控制和明显价格优势，同时其内部高度集成，具有创新而丰富的外设，更加利于控制系统的开发。同时STM32中的STM32F103增强型系列具有专门为实现电机控制的高级定时器，以及转换速度为1MHZ、精度为12位的ADC1。 

3、60;      无刷直流电机既具有直流电机调速性能良好、运行效率较高等的特征，又具有交流电机构造简单、故障率低等的特点，具备两者优势，具有广阔应用前景。无刷直流电机分为有位置传感器和无位置传感器两种，两者相比，后者具有许多优势：缩小了无刷电机的体积和成本；增强了抗干扰能力，扩大在高温、高腐蚀性等特殊场合的使用范围；提高了系统可靠性，降低电机的维护工作量2。本设计以无位置传感器无刷直流电机为控制对象。        2 硬件设计  &#

4、160;     2.1 硬件总体结构        利用STM32较强控制性能及丰富外设，使硬件设计较为简单，所占空间较小，进一步降低成本，图1所示为驱动器硬件框图，以STM32为控制核心，包括电源电路、功率驱动电路、三相逆变电路、反电动势检测电路、电流监测电路、电压监测电路和串口通信电路。        在设计中选用STM32F103型号，其I/O口分配为：PA8端口 （TIM1_C

5、H1）、PA9（TIM1_CH2）端口和PA10（TIM1_CH3）端口分别与功率驱动电路的高边控制端HIN相连，PD9、PD10和PD11端口分别与低边控制端LIN相连；PA1（ADC1_IN1）、PA2（ADC1_IN2）和PA3（ADC1_IN3）端口与反电动势检测电路相连；PC0（ADC1_IN10）端口与电流监测电路相连；PC1（ADC1_IN11）端口与电压监测电路相连；PD5、PD6端口与通信电路相连；PC6、PC7端口分别与两个LED灯相连，作为警报信息；预留的IO管脚可用于后期的扩展开发。       &#

6、160;2.2 电源电路设计        在设计实验中以12V的无刷直流电机为实验对象，功率驱动芯片使用的电压也为12V，12V直接由外部电源供给；而STM32和通信电路使用的电压为3.3V，所以需要把12V电压转换成3.3V电压，使用集成稳压器AMS1117实现该电压转换。        2.3 三相逆变电路及功率驱动电路设计        图2为三相逆

7、变电路及功率驱动电路图，此处只列举其中一相，其余两相设计相同，三相逆变电路是由6个MOSFET管IRF3205组成的桥式电路，每一相由上下桥臂控制。当无刷直流电机运转时，相应的MOSFET管需要导通，IRF3205的导通电阻RDS为毫欧级值，可近似忽略压降VDS，所以源极S电位就近似等于12V的电源正电位，要使IRF3205管保持正常工作，其栅极G的电位必须大于12伏，即栅极G电位VG=VGS+12（VGS为门极电压，最大值为20V），而STM32的IO口最大输出电压值为3.3V，故无法直接驱动IRF3205，因此采用三个IR2101S集成芯片构成功率驱动电路，每个芯片分别驱动每相上下桥臂IR

8、F3205管的通断，使用IR2101S设计功率驱动电路时，主要是在芯片的外围添加自举电容和快速恢复二极管，电阻起限流的作用。        2.4 反电动势检测电路设计        图3所示为反电动势检测电路，是由六个精密电阻组成的分压电路，把三相端电压进行降压以符合STM32的AD转换电压范围，电机驱动电压为12V，STM32的AD采样最大值为3.3V，设计采取的分压比为1/6，其中电阻R10=R11=R12=5K，R13=R14=

9、R15=1K。        2.5 电流与电压监测电路设计        无刷直流电机在起动或发生堵转时容易产生较大电流，故要对电流实时监测，图4所示为电流监测电路，图中的COM端连接到三相逆变电路中的三个低边MOSFET管公共端，当较大电流经过电阻R35时就会在其两端产生电压，通过监测电压从而达到监测电流的目的，电阻R36和电容C26起滤波作用；电压监测电路也是由电阻和电容构成的分压电路，用于实时监测供电电压。  

10、;      3 软件设计        软件设计主控制程序流程图如图5所示，先进行初始化程序，STM32控制器接收到来自串口发送的启动指令后进入启动程序，采用“三段式”启动法3，完成之后电机进入正常的闭环运转状态：将端电压输入STM32的AD转换器，采用反电动势过零点的检测方法，经软件程序运算得到换相点，按照预定的换相方向使电机有序运转。改变PWM占空比实现电机的调速，使用STM32的AD规则通道组形式对电压、电流和温度进行连续循环采样，执行实时监控，如

11、发生异常时相应的LED灯发出指示信号并将电机停止运转，保证系统的安全性。        4 结束语        文章利用STM32的控制性能和丰富外设，采用模块化方法，设计了无刷直流电机驱动器，实现了无位置传感器的无刷直流电机控制。该驱动器具有较高的性价比，有一定的使用价值。        参考文献        1STMicroelectronics Inc.STM32F10XXX参考手册EB/OL.2010.        2夏长亮.无刷直流电机控制系统M.北京：科学出版社，2009.