基于TPU模块的无刷直流电机控制器席军强，陈慧岩，桑全禄，马寿延（北京理工大学车辆与交通工程学院，北京100081）流电机控制器，采用以摩托罗拉MCU中TPU模块的D1O和PWM功能实现无刷直流电机控制的方法，设计出控制电路、驱动电路、保护电路及控制软件。该控制器在车辆自动操纵系统中得到了应用，采用电流、速度双闭环的控制结构，主要包括：功率输出电路、驱动电路、信号检测电路及安全保护电路。

　　1.1功率输出电路功率输出电路原理图如所示。MCU的TPU模块根据转子位置输出6路控制脉冲，经三相全桥驱动电路及功率输出电路控制无刷电机。为了防止功率模块击穿，采取了如下措施：①设计了由快恢复二极管、电阻和电容构成的过电压及dV/dt保护电路；②由于IGBT为压控器件，易受外界干扰，使栅极和源极的电压超过阀值电压而造成误导通，在低端栅极和源极间增加了稳压电路；③选择合适的栅极串联电阻阻值，改善控制脉冲的前后沿陡度，减少集电极大的电压尖脉冲；④功率管与压敏电阻并联，防止源漏过压。由于控制的是车辆上使用的无刷直流电机，功率器件采用了*大连续漏极电流大、导通电阻小而*大承受电压低的IRF540.1.2驱动电路6个功率管的驱动由IR2130 6通道栅极驱动器来完成，IR2130是美国国际整流公司生产的高压、高速功率器件栅极驱动器，可用来驱动三相全桥中的6个功率器件21.它本身可耐受600V的直流工作电压，具有6通道的欠压锁定和过流保护等功能。IR2130内部无隔离器件，需外接高速光耦或脉冲变压器，实现驱动级与控制脉冲的隔离，设计选用光耦HCPL2513实现该功能3，接口电路如所示。直流电源为24V时，可由7815将24V电源稳压后供给IR2130与HCPL2513. 3信号检测电路电机转子位置的检测、控制脉冲的产生均通过TPU模块实现。利用3路TPU通道作为输入通道，检测霍尔传感器输出值，获得电机转子的位置，霍尔传感器与TPU模块的接口电路如所示。

　　为了保证系统数字电路与模拟电路可靠隔离，选用带有SPI接口的AD芯片，并通过光耦与单片机通讯完成驱动电流和电压的检测，其原理见。4过流保护电路过电流保护电路当IR2130的ITIRP脚输入电压大于。5V时，IR2130会切断6路输出，进入过电流保护状态。利用如所示的电路可实现过流保护，调节VR可以选择允许的*大电流。另在功率模块散热片上加装温度传感器，若MCU检测到的温度和电流值超过允许值，MCU即会切断控制信号输出，从而实现过流保护。

　　2软件设计务子程序；电机控制子程序；周期中断定时器服务子程序；电机控制算法。

　　中断服务程序应完成两个任务：①调用电机控制子程序，在位置改变时实时改变控制脉冲；②测量转速。

　　TPU初始化程序如所示。在初始化程序中将TPU3，4，5定义成DIO功能，设置为独立输入的跳变模式，检测输入信号的任一种边沿，并允许中断产生。这样每当霍尔传感器值发生变化时，TPU微码会自动将当前引脚状态记入相应TPU通道参数寄存器中的PINLEVEL字节，并触发该TPU通道的中断处理程序。将TPU模块的TPU0，1，2，13，14，15通道定义成PWM功能，并禁止产生中断，用来产生控制脉冲。

　　电机控制子程序的功能是根据TPU3，4，5参数寄存器中的PINLEVEL字节确定转子当前位置，并正确输出6路PWM驱动信号。通过分析三相全控电路各绕组通电时所产生的转矩矢量图，得到相应转子位置时的控制脉冲波形图应如所示。图中PWM3与PWM5的波形，PWM4与PWM6的波形互换后是反向转动的波形图。

　　电机调速采用PWM脉宽调制的方法，由于是全桥只需低端调制，改变PWM2，4，6的占空比就可以控制电机转速。

　　周期中断定时器服务子程序定时产生中断，以采集电流电压等参数。

　　转速和电流控制器均采用积分分离的PI算法，电流环按典型I型设计，速度环按典型型设计。

　　3结论在车辆自动操纵技术中，离合器控制是一个难点，也是实现自动操纵中的关键技术。采用上述方法，控制作为驱动机构的24V，200W无刷直流电机，可以合理控制离合器摩擦力矩的大小和增长速度，使得接合过程中车辆加速度均匀增长，不产生大的突变。这种方法，硬件简单、软件实用，由于较为有效的利用了TPU中断资源，对CPU资源的占用很少，控制系统的实时性得到了保证。