直流无刷电机控制系统设计与实现

3.4 MCU控制模块

MCU主控电路是整个无刷直流电机控制系统的控制中心，负责控制逆变器六个桥臂的通断、采集电压、采集电流、检测直流无刷无感电机的位置（电机的反电势检测）、PID的运算、无刷直流电机启动的控制、JTAG调试下载等。STM32最小系统由STM32F103芯片、复位电路、晶振电路和JTAG接口电路组成 （1）STM32F103芯片电路如图8所示：

图8 STM32芯片

（2）复位电路和晶振电路

STM32有两个外部晶振电路和两个内部晶振电路。两个内部晶振电路需要程序配置编程即可，但外部的晶振电路需要晶振电路元器件搭建而成。如图所示的32.768K和8M的晶振电路。 晶振和复位电路如图9所示。

图9 晶振和复位电路

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（3）JTAG接口电路

JTAG接口电路实现了程序下载及程序的在线调试仿真，使用它可以方便调试程序，缩短了开发周期。由于STM32F103ZET6的JTAG输入引脚内部嵌入了上拉或下拉电阻，因而可以直接连接电路到芯片相应引脚。JTAG接口电路如图10所示。

图10 JTAG 接口电路

（4）USB接口电路

这里的USB单纯的是供电用的。如图11所示：

图11 USB接口电路

3.5 IPM功率模块

（1）MUC-IPM驱动信号接口电路

FSBB30CH60C内置HVIC，无需光耦就可以用MCU驱动IPM的六个桥臂。STM32的高级定时器TIM1功能强大，利用COM事件控制产生6路H_PWM_L_PWM的换相。这6个控制桥臂引脚要和STM32的PE8、PE9、PE10、PE11、PE12、PE13、PE15相连。驱动信号接口电路如图12所示。

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图12 MUC-IPM驱动信号接口电路

（2）短路电流保护电路

IPM具有内置短路电流保护的功能，要在芯片引脚Csc上外加一个分流电阻。IPM检测Csc管脚的电压，当电压超过模块指定的Vsc（0.5V）时，IPM产生一个故障信号IPM通过电阻R16来检测N恻电流环节的线路电流，这里设定瞬时电流保护值为30A，检测电阻R16选取阻值为10m?，功率为10W的无感电阻。R32、C40构成滤波电路。另外检测电阻R16需要并联一个小电容，作用是消除上电瞬时大电流导致的电流保护误动作。

（3）故障输出报警电路

C38为0.22uf的高频无感电容，作用是防止浪涌电流破坏，Vof是IPM故障输出报警引脚。TIM1_BKIN引脚是刹车功能引脚，和此处的Vfo引脚相连，在IPM出现故障时通过此脚输出低电平到STM32,配合TIM1刹车功能可以实现系统保护功能。所加的电容C18是用来消除噪声干扰，确保出现故障时及时报警。故障输出信号脉宽是有引脚Cfod的外接电容C24决定的，具体计算公式是t=C24/(18.3*10)，这里通常选

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取C24为33nF,此时t=1.8ms。

3.6反电势位置检测模块

反电势位置检测电路如图13所示。这里选用响应时间为1.3us的LM339芯片。定子三相绕组端电压A、B、C经滤波和分压电路，送到比较器LM339N的输入端，与参考电压比较，获得各相反电势的过零点。反电势过零点延时30°电角度后的信号用于电机的换相，进而去控制电机的转动。

图13 反电势位置检测电路图

3.7 隔离电路设计

为了提高系统安全性，采用光耦设计隔离电路，这里选用BL817如下图14所示。

图14 光耦电路

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