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摘要:本文基于無刷直流電機信號檢測系統的要求，首先給出了基于數字信號處理器的信號采集總體設計方案，而后設計了電機電壓、電流和轉速檢測電路，最后進行了實際調試，結果表明，該檢測系統精度高，穩定可靠，具有較高的應用價值。
關鍵詞:無刷直流電機;信號檢測;數字信號處理器
通常無刷直流電機的檢測信號主要有直流母線電壓、電流和電機轉速等。目前大多數檢測系統以純電氣連接為過程通道，加以濾波等相關處理后直接進入單片機，由單片機進行運算處理，由于無電氣隔離，很容易使被測信號受到干擾，同時單片機的數據處理能力有限，無法實現復雜的數字濾波算法，最終使測量精度較低，系統可靠性差。本系統采用具有較強數據處理能力的DSP作為主控CPU，以高性能線性光耦+高精度A/D+數字濾波器的方法實現檢測功能，不僅使檢測系統穩定可靠，并且檢測精度較高。
1檢測系統總方案設計
直流無刷電機信號檢測系統中直流母線電壓、電流以模擬量的形式首先通過以線性光耦HCNR200為核心的信號調理電路(包括信號的轉換、濾波、隔離、放大等)作用后進入DSP的高精度A/D外設進行模數轉換，而轉速的檢測則通過電機內部自帶的霍爾傳感器輸出脈沖信號，經過相關處理進入DSP的EV外設的捕獲單元進行處理。為進一步提高信號檢測的精度，在DSP內通過數字濾波器處理，最后得到信號的檢測值。
2直流母線電壓、電流檢測
2．1檢測電路工作原理
母線電壓、電流檢測電路主要包括前置處理、光耦隔離、輸出處理三部分電路構成(如圖1.2所示)，其中第一部分電路由于測量對象不同而不同，，而后兩部分電路完全相同。在第一部分前置處理電路中，對電壓檢測而言主要通過電阻R1、R4和電容C4分別對待測電壓信號進行分壓和濾波處理;而對電流檢測而言首先通過采樣電阻R2將待測電流信號轉換成電壓信號，通過穩壓二極管D1穩壓后經R3、C5濾波電路濾波，而后經由R28、R30及集成運放U2組成的負反饋放大電路進行隔離、放大處理，最后再經R23、C9濾波輸出。在第二部分光耦隔離電路中R21、C7及集成運放U1構成反饋電路，同時C7還可起到濾波作用，集成芯片U4即線性光耦HCNR200，U1的輸出經R22限流后作為U4內部LED的驅動電流，電阻R24則將輸出電流轉化為電壓輸出;在第三部分輸出處理電路中，由集成運放U3構成電壓跟隨器，起到電壓隔離的作用，輸出電壓經穩壓管D2和電阻R26分別進行穩壓和隔離后輸出，而后進入DSP進行A/D轉換。
2．2關鍵器件參數設計
集成運算放大器的選擇:根據HCNR200芯片的電氣參數可知，其內部LED正常工作時的驅動電流要求為1～20mA，故集成運算放大器U1的輸出驅動電流必須亦達到20mA，而其其他運放U2、U3主要是對電壓信號進行隔離放大，故均選用LM358。電壓前置處理電路參數設計:由于電機母線電壓12V≤U≤36V，考慮到集成運放對輸入電壓的范圍限制，選擇合適的分壓電阻，同時為保證精度要求，參數設計為:R1=30K(0．5%)。電流前置處理電路參數設計:為保R4=2K(0．5%)證電機母線電流經采樣電阻R2轉換后的電壓有較高的精度，同時考慮到集成運放對輸入電壓的范圍限制，同時電機的額定電流I≤4A，故選取R2=0．05Ω(2W，0．5%)，而考慮到母線電流為脈沖信號，為提高其精度，故對集成運放U2采用±15VG雙電源供電，同時考慮其電氣特性，其放大倍數設計為6，故可選用R28=2K(0．5%)，R30=10K(0．5%)。光耦隔離電路參數設計:由前置處理電路可知，本部分電路的輸入電壓Uin=U1+＜3V，為保證輸出電壓U3out≤3．3V，該部分的放大系數取n=1。以圖1為例，經對HCNR200內部分析計算，可取R21=R24=30K(1%)，而取R22=0．005R21=150Ω，經調試，當R22=200Ω時，試驗數據誤差最小。輸出處理電路參數設計:為保證由DSP不被外電路電壓燒毀，穩壓二極管的穩壓值U≤3．3V，故D2可選用IN4728，同時為保證DSP與調理電路的隔離，故R26選用0Ω磁珠。
3轉速檢測設計
直流無刷電機轉速的檢測主要基于均勻的分布在電機轉子上的霍爾位置傳感器，當電機旋轉時，由于電磁感應作用，其產生一定寬度的脈沖信號，將這些脈沖信號進行濾波、反向隔離、電阻分壓處理，最后進入DSP，DSP經過其事件管理器外設對該脈沖信號進行邊沿捕獲，通過對一定時間內脈沖信號的計數，從而獲得其轉速值。
4實際調試結果
將設計的檢測系統經過制板調試后，不斷調節母線電壓和電機的運行轉速，通過檢測設備得到母線電壓、電流的實際值，同時記錄檢測系統的采樣值。測試結果表明:當電機在不同轉速下運行時，母線電壓的采樣值相對于其實際值誤差≤0．5%以內，母線電流的檢測誤差≤2%，完全滿足其要求。
5結語
本文根據直流無刷電機控制系統的要求設計了其直流母線電壓、電流及電機轉速的檢測電路，即首先通過調理電路對其進行隔離、放大、濾波等作用，然后將調理后的信號通過DSP進行A/D轉換，然后經過數字濾波處理得到其采集值。經過多次試驗，該檢測電路不僅穩定可靠，而且精度較高，完全滿足采集指標，具有一定的應用推廣價值。
參考文獻:
［1］譚建成．永磁無刷電機技術［M］．北京:機械工業出版社，2011:285-297．
［2］房曄．電子技術基礎(模擬部分)［M］．北京:中國電力出版社，2011:118-127．
［3］胡景春．DSP技術及應用系統設計［M］．北京:機械工業出版社，2010:123-156．
［4］楊晨娜．無刷直流電機電流測量的探究［J］．西安:西安職業技術學院，2014.
作者:方勝利 梅建偉 侯貿軍 單位:湖北汽車工業學院電氣與信息工程學院