引言
永磁無刷直流電機及其控制一直是電機發展的研究熱點。無刷直流電機體積小，效率高。它既具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便的特點，又具備直流電機那樣良好的調速特性而無機械式換向器，現已廣泛應用于工業控制的各個領域。本控制系統設計了以SP430F201 2單片機及TB6588FG集成驅動器為核心的硬件平臺，微處理器采集TB6588FG的速度反饋脈沖，利用數字電位器調整電壓來進行閉環速度控制。
在無傳感器無刷直流電機的控制中，轉子位置的判斷、電機的啟動及電流的換相均由控制系統完成，功能十分復雜，對控制裝置的硬件與軟件設計提出了很高的要求。采用基于DSP的無傳感器無刷直流電機控制方法，借助DSP的強大的運算處理能力，完成軟件實現的反電動勢檢測換相和開環啟動，在電路設計上較為復雜，與閥門控制系統要求電路設計簡單的要求相矛盾，而且在軟件的編制上也有一定的難度。本設計采用的TB6588FG專用控制器，使系統控制電路十分簡單，內部具有驅動電路，不需外配MOS管，也無需使用DSP等高端控制器芯片，只需要使用一顆普通的MSP430就能完成系統的控制功能。軟件上大大簡化，微處理器只需對外面的開關信號做出處理，就能實現電機可靠的運轉。
1 系統總體設計
在閥門控制設計中，對設計者的最大挑戰是如何電路設計簡單，在有限的空間里放置電子元器件。本設計中采用MSP430F2012作為系統的控制核心，處理電機的啟停、速度檢測、速度調節，并對外面的開關量進行處理。將有關電機的所有控制功能交給TB6588FG處理，系統的硬件框圖如圖1所示。
TB6588FG是為三相無傳感器無刷直流電機驅動而設計的專用控制芯片，通過改變模擬電壓改變PWM的占空比，來調節速度。驅動電機的電流典型值為1．5 A，峰值高達2．5 A，具有過流保護功能。供應電壓為7～42V。具有正反轉控制功能。具有控制星形連接的無傳感器無刷直流電機的所需要的全部功能，主要功能包括：啟動電路，反向電動勢換相控制，PWM速度控制，欠壓限流保護等。使用TB6588FG，無論從硬件上還是軟件上，減少了單片機的工作量，用體積小、價格很便宜的MSP430F2012，就可完成所有的工作。單片機主要完成電機速度脈沖檢測，然后控制算法調節數字電位器，來改變控制速度的模擬電壓，調節速度。TB6588FG具有欠壓限流功能，實現對電機的保護。
2 電機控制電路設計
TB6588FG電機控制電路如圖2所示。
3 電機啟動
電機的啟動基于VSP的模擬輸入電壓。當此電壓大于1 V時，電機開始啟動，此時電機處于靜止狀態，電機的轉子的位置不能確定。首先通過一個激勵電壓，使電機進入直流激活模式。當電機轉動的時候，檢測到電機線圈的反向電動勢。然后驅動器進入強迫通信模式，強迫通信模式的時間被外部的電容來決定。如圖3所示，a階段是DC激活時間，DC激活時間的調整公式為TFIX=0．69×C2×R1。b階段是強迫通信時間，不同的電機通過改變C1和C2電容的值可用來調整電機的啟動。
4 過電流保護電路
閥門控制在實際應用中經常會發生電機堵轉的意外情況，電機堵轉可能會造成電源和電機的燒毀。TB6588FG的限流保護是通過內部的比較器來實現的，如圖4所示。驅動器內部具有一個比較器，負輸入端固定電壓為0．5 V，流過電機線圈的電流通過R1電阻的采樣送入驅動器內部，通過驅動器內部的濾波網絡接入比較器的正輸入端。如流過R1的電流大于設定值，則此電壓會大于0．5 V，驅動器關閉內部驅動電路。在此電路中R2和C2是起RC濾波作用，防止PWM切換時的噪聲引起的保護誤動作。如當R1=0．33 Ω時，最大限流電流為：Iout=0．5 V／0．33 Ω≈1．5 A。
5 速度檢測控制
5．1 速度檢測
TB6588FG具有速度輸出腳FG_OUT，電機沒有啟動或電機發生異常時此腳輸出為低電平。當電機被正常啟動，此腳輸出速度信號，MSP430 F2012定時器具有捕獲功能，通過捕獲速度脈沖的上下沿來算出速度，然后去調整數字電位器的阻值來調整控制速度的電壓。
5．2 速度調節電路
CAT5119具有32為節點，阻值為10 kΩ的數字電位器。通過MSP430F2012的兩個I／O口來進行調節，調節方式是UP／DOWN。通過設置CAT51 19可使阻值最大調整為10 kΩ，最小為100 Ω，這樣控制速度的范圍為500～2500轉／min，如當需要調整轉速為1200轉／min時，通過動態調整數字電位器的阻值，來適應負載的變化，使速度穩定在設定的范圍上。模擬調壓電路如圖5所示。
5．3 程序軟件流程
因為采用電機專用驅動芯片，所以電機的控制軟件就很簡單，主要的工作就是設置MSP430F2012的內部定時器的工作方式。其具有兩個捕獲定時器，捕獲的觸發方式選擇上下沿捕獲，然后把兩次捕獲的定時器的數字相減，就可得出速度。如果跟設定有誤差，通過調整模擬電壓來調整速度。軟件調速的中斷服務程序流程如圖6所示。
結語
針對閥門的無傳感器三相無刷電機控制系統的特點，采用MSP430單片機結合TB6588FG設計的電機調速控制系統。利用了TB6588FG的硬件電路，簡化了整體的電路設計，同時降低了軟件的編程難度，使整個系統更加穩定可靠。