MC33035在直流無刷電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：王陸林，劉貴如

1 MC33035功能介紹

MC33035是安森美公司推出的第二代無刷直流電機控制專用集成電路，主要組成部分包括轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路、帶溫度補償?shù)膬?nèi)部基準(zhǔn)電源、頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器、誤差放大器、脈寬調(diào)制(PWM)比較器、輸出驅(qū)動電路、欠壓封鎖保護、芯片過熱保護等故障輸出電路和限流電路等。MC33035的典型控制功能包括PWM速度控制、使能控制(啟動或停止)、正反轉(zhuǎn)控制、相位選擇和制動控制等。

芯片功能引腳定義如表1所列。



SA、SB、SC為霍爾信號輸入端，內(nèi)部上拉20 kΩ電阻，外接霍爾傳感器即可。Fwd／Rew、Brake、Output Enable和60°／120°Select分別為方向、制動、使能和霍爾相位控制端口，內(nèi)部上拉40 kΩ電阻，MCU控制端只要通過光耦或者三極管開漏接地即可進行控制。

如果不采用IC內(nèi)置的硬件速度環(huán)，則將PIN12、13短接，通過PIN11端口輸入PWM即可對電機進行調(diào)節(jié)控制。如果采用IC內(nèi)置的硬件速度環(huán)則將PIN12、13通過R、C連接，通過PIN11端口輸入PWM進行電機控制，HALL換向反饋信號通過PIN12端口輸入。

2 基于MC33035的直流無刷電機控制驅(qū)動電路設(shè)計

在本設(shè)計中主控制器以Freescale公司的基于PowerPC構(gòu)架的32位處理器MPC5604P為例，MPC5604P控制端口通過比較器和MC33035接口，設(shè)計了基于MC33035直流無刷電機控制驅(qū)動電路。

傳統(tǒng)的直流無刷電機控制驅(qū)動電路采用MPC5604P、預(yù)驅(qū)動IC和MOSFET實現(xiàn)，其中包括電壓泵即自舉電路。本設(shè)計是基于直流無刷電機控制芯片MC33035實現(xiàn)的，MC33035實現(xiàn)預(yù)驅(qū)動和電子自動換向功能，采用MC33035實現(xiàn)直流無刷電機的控制驅(qū)動電路，既簡化了電路設(shè)計，同時也減輕了MPC5604P的運算量。MPC5604P和MC33035之間通過光耦或者比較器實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計采用LM339比較器開漏輸出實現(xiàn)MPC5604P對MC33035的開關(guān)控制，電路設(shè)計原理包括4部分。其中基于MC33035的直流無刷電機驅(qū)動控制電路原理圖如圖1所示。電流采集芯片AD8210可使反饋的電流模擬信號直接輸入MPC5604P的A／D引腳，其中R2為3 W／5 mΩ的電流采樣電阻，R1和C1組成了MC33035的外部時鐘輸入電路?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)R和C的值來設(shè)定RC振蕩器頻率。MC33035的Reternce Output提供約6．25 V的輸出電壓，可以為霍爾傳感器供電。SA、SB、SC為霍爾輸入信號，內(nèi)部已經(jīng)連接20 kΩ上拉電阻，所以只需外接霍爾傳感器即可。



電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。一路霍爾信號HALL_A經(jīng)過比較器LM339轉(zhuǎn)換為0～5 V的脈沖信號到MPC5604P，用于電機故障自檢和電機轉(zhuǎn)速計算；另外，MC33035的方向和使能控制端由MPC5604P通過比較器LM339進行隔離和控制。DIRMCU和ENABLEMCU的I／O輸出電平與4．5 V的參考電平比較，實現(xiàn)對MC33035的DIR和ENABLE端口的開漏控制。





MC33035、LM339、ADS210YRZ和MPC5604P的連接電路如圖3所示。MPC5604P通過PWM輸出控制MC33035下背管控制端占空比，從而實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速和輸出扭矩的控制。MPC5604P通過28引腳A／D端口輸入的電流反饋信號計算電機實際電流，進而和目標(biāo)電流比較實現(xiàn)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)。

3 基于M033035的電機驅(qū)動控制程序設(shè)計

本設(shè)計使用了MPC5604P的4個信號引腳，開發(fā)和編譯環(huán)境為CodeWarrior for MPC55xx V2．3，涮試下載工具為USB PowerPC Nexus Mul tilink調(diào)試器。

3．1 控制引腳初始化

ENABLE_MCU和DIR_MCU控制引腳的初始化，通過配置SIU．PCR[5]、SIU．PCR[9]寄存器將PIN8、PIN94引腳配置為I／O輸出引腳，即SI U．PCR[5]．R=0x0202和SIU．PCR[9]．R=0x0202。通過賦值操作SIU．GPDO[5]．R=0／1和SIU．GPDO[9]．R=0／1，即可使對應(yīng)的控制引腳輸出高／低電平。



3．2 PWM初始化配置

PWM輸出引腳的初始化配置，第一步通過配置PSMI寄存器將flexpwm0 A[0]分配到PIN53引腳，配置如下：

SIU．PSMI[20]．B．PADSEL=1；

第二步通過SIU．PCR寄存器的配置將PINS3多功能引腳配置為PWM輸出，配置如下：

SIU．PCR[58]．R=0x0600；／／PIN53引腳的交互模式1 FL

下面為flexpwmx模塊的初始化：



通過調(diào)用函數(shù)FlexPWM_Init(0)即可將本設(shè)計中使用的flexpwm0模塊初始化。接下來使能PWMA，B輸出配置如下：





在控制程序中通過以下函數(shù)調(diào)用、配置數(shù)據(jù)重載、PWM輸出和MC33035使能即可按設(shè)定的方向和占空比驅(qū)動電機。



3．3 A／D初始化

首先通過SIU．PCR[33]．R=0x2400操作將PIN28引腳配置為A／D輸入引腳，通過AD8210輸出的模擬信號CURRENT間接算出通過電機的電流。本設(shè)計中使用了MPC5604P片內(nèi)ADC0模塊的AN[2]通道，初始化配置如下：



在本設(shè)計中通過ADC1的1路硬件監(jiān)控電路對每次A／D采集的值和預(yù)先設(shè)置的值進行比較，當(dāng)采集的值超出通過ADC_0．THRHLR0．R設(shè)定的上下限時將產(chǎn)生中斷，通過中斷服務(wù)程序?qū)OTOR_CON輸出低電平使驅(qū)動IC進入Sleep模式即可實現(xiàn)過流保護。初始化和中斷服務(wù)函數(shù)注冊如下：



在SIR服務(wù)函數(shù)中，通過“SIU．GPDO[44]．R=0”語句即可關(guān)閉驅(qū)動IC。接下來通過發(fā)送A／D通道轉(zhuǎn)換命令并查詢狀態(tài)標(biāo)志位，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢即可通過讀取ADC_0．CDR[0]．B．CDATA寄存器得到采集的電壓值，并通過公式IL=Vout／20／R15計算得到通過電機的電流，從而實現(xiàn)電機的電流閉環(huán)控制。



3．4 eTimer的初始化

首先進行賦值操作SIU．PSMI[8]．R=0和SIU．PCR[44]．R=0x0900；將eTimer0 ECT[5]分配到PIN56引腳，并配置為eTimer輸入功能。然后將eTimer0 ECT[5]初始化為輸入計數(shù)功能，分別為周期法和頻率法并配合PIT定時計數(shù)器實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的計算和自檢。

頻率法計數(shù)初始化代碼如下：





頻率法計數(shù)需要借助于PIT定時器，通過在設(shè)定時間內(nèi)讀取脈沖數(shù)計算電機轉(zhuǎn)速。該方法適用于電機空載時電機轉(zhuǎn)速計算。

周期法計數(shù)初始化代碼如下：



其中周期法對應(yīng)計數(shù)通道中斷初始化代碼如下：

INTC_InstallINTCInterruptHandler(ISR_Pulse_Count，162，6)；

當(dāng)一個脈沖周期中斷發(fā)生時讀取脈沖周期定時器計數(shù)值即可計算出電機轉(zhuǎn)速。該方法適用于電機負(fù)載時電機轉(zhuǎn)速計算。

結(jié)語

本文介紹了基于MC33035的直流無刷電機控制驅(qū)動電路典型設(shè)計，外同電路少，無需采用單片機實現(xiàn)電機換向，既簡化了電路設(shè)計、又減輕了MPC5604P運算負(fù)擔(dān)，也不需要預(yù)驅(qū)動電路和電壓泵自舉電路。該電路具有設(shè)計簡單、控制方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。