基于三相霍尔传感器无刷直流驱动器的Z16FMC微控制器

本应用笔记介绍了用作三相霍尔传感器无刷直流驱动器的Z16FMC微控制器。该微控制器具有使用多电机开发套件的片上集成应用程序阵列，该套件可提供快速而精确的故障控制，以及高系统效率和易于定制的应用程序固件开发。

图1三相霍尔传感器BLDC电机控制器的外观概述。

硬体设计

该设计涉及以闭环或开环方式运行BLDC电动机，其速度由电位计设置。如架构图所示，该设计通过Z16FMC微控制器PWM模块生成PWM电压，以运行BLDC电机。显示器运行时，三个霍尔传感器的状态根据转子位置而变化。根据传感器的状态（换向）切换三相的电压。霍尔传感器每60度中断一次捕获计时器刻度，以测量电动机的转子速度。在电流过载，欠压或过压以及温度过高的情况下，可以使用其他外围功能来保护系统。以下各节介绍了硬件。

三相桥式MOSFET

三相桥式MOSFET由六个以桥式连接的MOSFET组成，用于驱动BLDC电机的三相。直流母线保持在24 V，这与BLDC电机的额定电压相同。每个高端和低端MOSFET相对都使用单独的Hi-Lo栅极驱动器，从而使硬件设计更简单，更可靠。自举电容器充电会驱动高端MOSFET。使用分压器将其降低至合适的值可监控直流母线电压，在直流回路中并联一个分流器可监控直流母线电流。NTC型温度传感器提供与温度成正比的模拟电压输出。

PWM模块

Z16FMC微控制器包含一个在此应用中配置为以互补模式运行的6通道，12位PWM模块。开关频率设置为20 kHz。PWM输出根据霍尔传感器的输入进行控制。霍尔传感器的输入确定了三相桥式MOSFET的开关顺序。PWM的占空比与加速器电位计输入成正比。占空比的变化控制通过电动机绕组的电流，从而控制电动机转矩。

换向逻辑

霍尔传感器连接到Z16FMC微控制器上的端口PD3，PD4和PD5。当任何引脚上的输入状态更改时，都会产生一个中断。中断服务程序检查所有三个引脚的状态，并相应地切换电动机三相的电压。梯形换向用于该应用，以简化实现。在此换向过程中，通过将一个相的顶部MOSFET和另一相的底部MOSFET导通，将任意两相连接到整个DC总线。第三阶段不通电（该阶段的顶部和底部MOSFET均关断）。

速度测量

使用三个霍尔传感器中的一个来捕获Timer0滴答，该滴答代表用于闭环计算的实际霍尔周期。

软件实施

在软件的实施过程中，将执行以下操作：初始化初始化硬件模块以实现以下功能。

从内部振荡器切换到外部振荡器以进行系统操作

在ADC，比较器和UART的相应引脚上启用备用功能，并驱动LED

配置Timer0在连续模式下运行以捕获霍尔周期时序

配置比较器以在产生过电流时关闭PWM模块

使能运算放大器以测量流到电动机的DC总线电流

配置ADC以读取模拟值，例如DC总线电压，电流，温度和加速电位计（一次仅一个通道）

将PWM模块配置为具有20 kHz开关频率的单独操作模式，根据PWMOUT寄存器中的值控制输出，并在上电复位和任何复位时将PWMOUT默认驱动为低断开状态。

打断

端口D中断控制换向。霍尔传感器输出在引脚PD3：5上读取，软件执行其滤波操作，并确定MOSFET的开关顺序。PWM定时器中断用于计时周期性发生的任务，并用于后台循环从不同通道读取模拟值并对这些值求平均，更新LED指示灯状态，并更新UART上的读取参数。

编辑：hfy