摘 要

近些年来，随着人们对保护生态环境意识的逐渐提高，电动车得到了迅速发展，相信这种电动车在将来会成为人们广泛应用的一种交通工具。

本文介绍了基于 TMS320LF2407的霍尔位置传感器直流无刷电机控制系统的设计原理和设计过程。以如何构建该系统为中心，侧重于 TMS320LF2407技术在 BLDCM 控制系统中的具体应用。首先对直流无刷电机的基本组成环节、基本工作原理作了详细的介绍，分析了直流无刷电机的换相过程和PWM 信号的分配情况。在此基础上，提出了基于 DSP 技术的有位置传感器设计方案，并根据该方案分别进行了硬件电路和系统软件的设计与调试。硬件部分先作了整体设计的论述，然后对主要的电路设计，及一些重要电子元器件及其参数的选择做了介绍。软件部分也首先介绍了整体设计，接着详细论述了软件实现方面的几个问题。

关键词：电动车；无刷直流电动机；霍尔位置传感器；TMS320LF2407

ABSTRACT

In the recent years，as People are gradually awareness of protecting the ecological environment，the electric vehicles has been rapid developed. So we believe the electric vehicles will be widely used in the future.

This document presents the theory and process of the design for a hall position sensor BLDCM motor using TMS320LF2407. Regard how to structure the control system with TMS320LF2407 chip as the center in this paper .I first talk about the basic component part, the basic running principle of the BLDG motor. Followed, it analyses the course of changing phase and distributing of PWM signal. Based on these facts, we present the sensor solution for BLDG motor, design the hardware system and software system. The part of hardware design first expounds the whole design. Then the design of several primary circuits is discussed and the choice of some important electronic components and their parameters in these circuits is analyzed. The part of software design also first discusses the whole design. Then some problems on soft ware realization are dissertated.

Key words ：the electric vehicles；BLDCM；hall position sensor；TMS320LF2407

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第一章 绪论

1.1 电动车应用无刷直流电机

电动车简而言之就是用电力作为驱动的机车。电动车按类型分可分为：电动自动车,电动汽车,电动摩托车,电动三轮车，电动四轮车。目前，伴随着环境污染和能源危机的双重压力，人们对电动车的需求正在逐步提高而电动车通常包含四大部分：控制系统、电机及其驱动系统、电池和车体。其中，电机及其驱动系统直接决定了整个电动车的特性。而相比于其它的电机，无刷直流电机凭借在能量密度、效率、可靠性等方面所具有的明显优势，成为了电动车领域里的主要选择。但是，无刷直流电机需要根据转子位置信息来产生换向信号，即需要引入位置传感器。由于位置传感器容易受到温度和磁场的干扰，且安装复杂，限制了无刷电机的可靠性和成本，所以，在最近几年里，无刷直流电机无位置传感器技术逐渐成为了电动车电机驱动领域中的研究热点。

1.2 电动车用无刷直流电动机发展状况

电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。因此，早在1917年，Boliger 就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。

1955 年，美国 D.Harrison 等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。1978年，原联邦德国MANNESMANN 公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其 MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。二十世纪 80 年代国际上对无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机，在 10 多年的时间里，无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。近年来，稀土永磁材料迅速发展，其矫顽力高、抗去磁能力强，且常规去磁曲线在大范围线性可逆等特点为永磁直流无刷电动机的设计开辟了广阔的前景。同时现代电力电子器件工艺日臻成熟，出现了功率晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT )、MOS 可控晶闸管(IGCT)的开发成功，使无刷直流电机功率驱动电路的可靠性和稳定性得到保障。永磁直流无刷电动机的发展也使得传统的电机学科同当代许多新技术的发展密切相关。随着大功率半导体器件、电力电子技术、微电子技术、数字信号处理技术、现代控制理论的发展以及高性能永磁材料的不断出现，如今的永磁无刷直流电机系统己经成为集特种电动机、功率驱动器、检测元件、控制软件与硬件于一体的典型的机电一体化产品，体现了当今工程科学领域的许多最新成果。

1.3 直流无刷电机控制技术的发展

常规控制器(PID 控制)尽管控制精度较高，但它需要建立描述动态系统的精确的数学模型，对于未知动态变化的系统要建立精确的数学模型是比较困难的。比如干扰、参数漂移和噪声等不可能在很高的精度下进行模型化。直流无刷电机是一个多变量、非线性、强耦合的对象，因此利用模糊控制、神经网络控制、自适应控制、专家系统等具有自学习、自适应、自组织功能的智能控制来进行无刷直流电机的控制是一种有效的手段，控制器的计算和存储能力的不断增强也为这些先进控制算法的实现提供了有利的条件。直流无刷电动机控制技术发展经历了如下的发展过程：

(1)无位置传感器控制对于无刷电动机，由于它具有体积小，重量轻，结构简单，维护方便，运行可靠的优点所以备受欢迎。但是无刷电动机要实现旋转，就要实时的检测出转子的位置实现正确换相。所以位置的检测和换相技术的研究是直流无刷电动机控制目前的一个方面。最常用的方式是采用传感器的方式。这种方式可以正确的检测转子位置信号，但是由于传感器的安装不仅会使电机的体积增大，而且传感器也难于安装和维修。因此无传感器的传动控制引起国内外学术界很大的重视，成为近年的研究热点。但是由于定子反电动势和电机的转速成正比，所以在电机静止时反电动势为零，没有换相信号，电机不能自启动。为了实现启动必须外加启动信号，使电动机转子向确定的方向加速，绕组中产生反电动势，然后再用模拟开关切换到反电动势检测换相的方式。在启动方式中主要有外同步方式和预定位方式两种。外同步驱动方式启动是以变频方式同步拖动电机转子旋转，需要专门的脉冲分配电路提供各相导通的控制信号，因此启动电路比较复杂；预定位方式启动的控制电路相对简单，但是为了起动可靠，必须设计起动控制电路并且合理的调整电路参数。目前对电路要求比较简单的启动方法是：启动时首先施加激励电压，应用主动检测方法测得响应电流，利用相电流和相电感的关系得出转子的初始位置。这里要求确切的知道相电流和相电感的关系。

(2)变结构控制由无刷电机组成的控制系统，为了提高它的控制性能，人们也在使用一些新型的控制策略。变结构控制由于具有响应速度快、对控制对象参数变化及外部扰动不灵敏、物理实现简单等优点，人们开始将直流无刷电机采用变结构控制。变结构开关模式既可以由系统的传递函数导出，也可根据系统的最大速度、最大加速度等参数设计，都会使系统的位置控制达到较好的控制效果。

1.4 TMS320LF2407简介

TMS320LF240x 系列是 TMS320C2000 家族中最新、功能强大的 DSP 芯片，其中 LF2407 是最具有革命性的产品，是当今世界上集成度较高、性能较强的运动控制芯片，特别适合于三相异步电动机的高性能控制。它与现存 24x DSP 控制器芯片代码兼容的同时，240x 芯片具有处理性能更好(30MIPS)、外设集成度更高、程序存储器更大、A/D 转换速度更快等优点，是电机数字化控制的升级产品。

本文给出了基于TMS320LF2407的直流电机控制系统的硬件设计和软件控制策略, 该系统采用 DSP使整个硬件电路的设计变得简单, 有效地降低了系统的成本,显著地提高了系统的处理能力和可靠性。随着 DSP技术的不断发展, DSP也将在电机控制领域中得到更加广泛的应用。

1.5 论文研究意义

最近十年，伴随着经济的迅猛发展，困难也随之而来，高度发达的生产力已经给我们生存的环境造成一系列不容忽视的问题，能源短缺和环境污染就是其中最重要的问题。其中由于汽车工业的迅速发展及大量普及，在这方面造成的影响尤为严重。与日俱增的能源与环境的压力促使人们迫切要求开展对电动汽车的研究和开发。目前全球约 6 亿辆汽车，每年要消耗约 1.8 亿吨石油，然后排放大量尾气污染大气，成为大气的主要污染源。在我国，随着汽车数量的激增，1994年我国就成为石油纯进口国，对石油输出国的依赖性越来越大，与此同时，汽车尾气和噪声对城市的污染贡献率迅速增加，成为主要污染源。以北京为例，1998年机动车排放一氧化碳和氮氧化物的分担率分别达到 82.7％和 42.7％，近年来氮氧化物等污染物有增无减。虽然国家制定了机动车的尾气排放标准，但是如果不从根本上改变传统的内燃机为发动机的做功方式，在能源与污染问题的解决方法上还是治标不治本。电动车以蓄电池储存的电能为动力，在行驶中几乎没有废气排出，排放要比内燃机减少92％－98％，因为没有发动机的振动，它的噪音仅有内燃机的一半。同时电动汽车可以很好地解决能源问题，因为电能属于二次能源，通过多种途径将其他能源（火力，水力，风力，核能，太阳能，潮汐能等）转换得到，所以不存在能源枯竭问题。这些突出优点迫使人们对电动汽车进行研究和开发，而电动车的研究重点就是动力系统——直流无刷电动机控制系统的研究。该课题是围绕直流无刷电动机控制系统实验装置而展开的。

第二章 直流无刷电机的结构及其运行原理

无刷直流电动机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，是现代电力电子、微电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物。无刷直流电动机采用无位置传感器检测转子位置，不仅减少了因转子位置传感器而增加额外费用，而且减少了系统体积，并大大的提高了系统的可靠性。本章主要介绍了直流无刷电机的工作原理，并在此基础上给出直流无刷电机的数学模型，阐述霍尔转子位置检测的工作原理

2.1 直流无刷电动机结构特点

直流电动机具有非常优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩、简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地应用在各种伺服系统中。但是直流电动机的电刷和换向器成为其发展障碍。机械电刷和换向器造成的火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能以及限制了它的应用场合。因此人们一直在寻找一种不用电刷和换向器的直流电动机。随着电子技术，功率半导体和高性能的磁性材料制造技术的发展，这种想法已经能够实现。直流无刷电动机利用电子换向器取代了机械电刷和换向器，因此使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使它一经出现就以极快的速度发展和普及。随着电动汽车的产业化和商业化，直流无刷电动机凭借其特有的优势占据着重要地位。

2.1.1 永磁材料特性

永磁功能材料常称永磁材料，又称硬磁材料，而软磁功能材料常称软磁材料。这里的硬和软并不是指力学性能上的硬和软，而是指磁学性能上的硬和软。磁性硬是指磁性材料经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性(简称磁性)，其特征是矫顽力(矫顽磁场)高。矫顽力是磁性材料经过磁化以后再经过退磁使其剩余磁性(剩余磁通密度或剩余磁化强度)降低到零的磁场强度。而软磁材料则是加磁场既容易磁化, 又容易退磁, 即矫顽力很低的磁性材料。退磁是指在加磁场(称为磁化场)使磁性材料磁化以后，再加同磁化场方向相反的磁场使其磁性降低的磁场。

永磁材料是发现和使用最早的一类磁性材料。我国最早发明的指南器(称为司南)便是利用天然永磁材料磁铁矿制成的。现在的永磁材料不但种类很多，而且用途也十分广泛。常用的永磁材料主要具有 4 种磁特性：(1)高的最大磁能积。最大磁能积是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度；(2)高的矫顽(磁)力。矫顽力是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度；(3)高的剩余磁通密度和高的剩余磁化强度。它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；(4)高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。

当前常用的重要永磁材料主要有：(1)稀土永磁材料，这是当前最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。(2)金属永磁材料。这是一类发展和应用都较早的，以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用。(3)铁氧体永磁材料。这是以23Fe O为主要组元的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如反铁磁材料(广义)。其特点是电阻率高，特别有利于在高频和微波应用。如钡铁氧体（BaFe12O19）和锶铁氧体（SrFe12O19）等都有很多应用。除上述三类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁材料。例如微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料(可应用于电冰箱门的封闭)、可加工永磁材料等。

无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。

2.1.2 直流无刷电动机结构

直流无刷电动机的本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他启动装置，其定子绕组一般制成多相，三相，四相，五相不等，转子由永磁钢按一定极对数（2p=2，4 … ）组成三相定子绕组，分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相，随着转子的转动，位置传感器不断的送出信号以改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变，这就是直流无刷电动机的换流原理。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换相器的换相作用。

因此所谓直流无刷电动机就其基本结构而言，可以认为是一台电子开关线路、永磁同步电动机以及位置传感器三者组成的电动机系统。直流无刷电动机结构原理图如图 2-1 所示：

图2-1 直流无刷电动机结构原理图

其原理框图如图 2-2 所示：

输出

开关电路

图2-2 直流无刷电动机的原理框图

2.1.3 直流无刷电机的位置检测方法

直流无刷电机运行是通过逆变器功率器件随转子不同位置相应改变其不同触发状态来实现的。因此准确检测转子位置并根据转子位置准时切换功率器件触发组合状态是控制直流无刷电机的关键。转子的位置检测装置最直接、有效是利用位置传感器得到不同位置信号，经门电路、模拟开关或专用芯片可得到不同触发逻辑信号，实现触发状态的自动切换。但是位置传感器使用增加了电机体积，使直流无刷电机微型化带来了困难，也增加了电机制造的工艺。

还可以通过检测与功率器件反并联的二极管的导通与否来判断绕组反电势的过零点。这种方法在低速时也能检测到二极管的导通，是电机能在低速时正常运行且有利于顺利完成启动过程。但是，这种检测方法需在二极管上并列检测电路。这对于集成的功率器件很难实现，并且二极管的导通时刻并不是绕组的真正过零时刻，要想消除这种误差就必须另加补偿电路。

反电动势法是一种简单的方法。由于直流无刷电动机的绕组反电势波形直接反映转子的位置，因此人们很自然地想到利用绕组反电势来获取转子的位置信息。对于采用两相导通、三相六拍运行方式的直流无刷电动机而言，三相绕组中在任意时刻总有一相处于断开状态，检测断开相的反电势信号。当其过零点时转子直轴与该相绕组重合，再经过 30°电角度依照开通顺序进行换相。据此只要检测到各相反电势的过零点，即可获知转子的若干个关键位置，这就是反电势法的基本原理。设计相应的过零检测电路和移相(或定时)电路，就可实现反电势法的无传感器控制。但是，绕组反电势是难以直接测取的物理量。因此，通常的做法是通过检测电机端电压信号，进行比较来间接获取绕组反电势信号的过零点，从而获得转子的位置。故这种方法又称为“端电压法”。在以往的反电势法控制系统的硬件设计中，将端电压经过简单的无源滤波器、电压比较器及编码器，得到逆变器的触发信号。反电势法的缺陷是当电机在静止或低速运行时，反电势为零或太小，因而无法利用。

为此，以往采用的设计方案中都设计了专门的启动电路，使电机以他控式变频方式同步拖动电机转子旋转，电机产生一定的初速度和电动势后，再切换到无刷机自控状态。这个过程称为三段式启动，包括转子定位、加速和运行状态切换三个阶段。这种启动方式需要专门的脉冲分配电路提供各相导通的控制信号，因而启动电路较为复杂，同时电机运行状态的切换也必须满足一些条件。由于无位置传感器的直流无刷电机的工作原理与有位置传感器的直流无刷电机相类似，所以可用有位置传感器的直流无刷电机的数学模型来说明无位置传感器的直流无刷电机，本系统采用的是具有霍尔位置传感器的直流无刷电动机。

2.2 直流无刷电机工作原理与数学模型

2.2.1 直流无刷电动机的工作原理

普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电机旋转，需要通过换向器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电机不断旋转。

直流无刷电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通入直流电以后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。为了使电动机的转子转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持 90°左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。直流无刷电机采用二二导通、三相六状态 PWM 调制方式。电机定子绕组轴向示意图2-3所示。

图2-3 定子绕组轴向示意图

这时A相正向通电，B相反向通电，C相不通电，产生的定子磁场与转子磁场相互作用，使转子顺时针恒速转动。当转子转过60°角后，转子继续转下去就到上图中的 II，这样就会使同一磁极下的电枢绕组中有部分导体的电流方向不一致，它们相互抵消，消弱磁场，使电磁转矩减小。因此当转过60°时就必须换相，使B相断电，C相反向通电。

实现这个过程的关键是取得转子位置，TMS320LF2407的捕获口就起这个作用，如它的三路输出：CAP1、CAP2、CAP3，在转子分别位于图2.3中的I到VI各区时，输出信号相应为：011、001、101、100、110、010。这样，通过捕捉任一路输出上的跳变沿，读取跳变沿后的捕捉口输出状态，就可以确定转子的新位置，实现定子绕组电流换向。同时，利用定时器检测两次换相之间的时间间隔，计算出电机运行的速度，再通过调整PWM信号的占空比，调整定子电流，实现调速。DSP的PWM模块六路输出经隔离电路连到功率管的驱动电路，再到功率管上控制6个功率管的关断。

2.2.2 直流无刷电动机的换相原理

从三相直流无刷电动机控制原理可知，为了能够得到恒定的最大转矩，就必须要不断地对三相直流无刷电动机进行换相。掌握好恰当的换相时刻，可以减小转矩的波动。因此位置检测是非常重要的。

位置信号是通过三个霍尔传感器得到的。每一个霍尔传感器都会产生180°脉宽的输出信号，如图2-4所示。三个霍尔传感器的输出信号互差120°相位差。这样它们在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻。通过将DSP设置为双沿触发捕捉中断功能，就可以获得这6个时刻。

但是只有换相时刻还不能正确换相，还需要知道应该换哪一相。通过将DSP的捕捉口CAP1~CAP3设置为I/O口，并检测该口的电平状态，就可以知道哪一个霍尔传感器的什么沿触发的捕捉中断。

图2-4 霍尔位置传感器输出波形与电流波形对应关系

我们将捕捉口的电平状态称为换相控制字，功率管开关电路图见图 2-5。

图2-5 功率开关电路图

换相控制字与换相的对应关系见表2-1：

表2-1 换相控制字与换相的对应关系

2.3 电动车的无刷直流电动机的选型

本系统采用的无刷电机参数：

·额定功率：400W

·额定电压：48V（DC）

·额定转速：510r/min

·额定转矩：0.23N•m

·最大转矩：0.46N•m

·定位转矩：0.01N·m

·额定电流：8.33A

·限流保护：25A

·欠压保护：40V

·霍尔传感器位置呈60°放置

第三章 直流无刷电动机控制系统硬件设计

图3-1是三相直流无刷电动机调速控制框图。给定转速与速度反馈量形成偏差，经速度调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM 占空比的控制量，实现电动机的速度控制。电流的反馈是通过测量电阻的压降来实现。速度反馈则是通过霍尔位置传感器输出的位置量，经过计算得到的。位置传感器输出的位置还用于控制换相。

图 3-1 三相直流无刷电动机调速控制框图

3.1系统构成

永磁无刷电动机的控制系统结构如图3-2所示，主要分为以下几个环节：

1.以 DSP 芯片 TMS320LF2407 为核心的控制单元；

2.功率模块以及驱动单元;

3.电流检测单元;

4.速度调节；

5.位置检测单元;

6.主电源设计，驱动电源电路;

7.故障检测和保护环节；

图3-2 控制系统结构图

3.1.1 电流检测

我们用位于桥式逆变电路的低电压端与地之间的分压电阻R来检测主回路上的电流如图3-3所示。将电压输入值传到 DSP 处理器的 ADC 输入端口, 这样可以测出流经主回路上的电流。

图3-3 电流检测连接图

为了实现 10KHz 的电流环，电流必须每50us采样一次，在每个 PWM 周期之初载入电流检测值以产生一个新的占空比来改变PWM波，同时应该注意，那就是在功率管关断的时刻不要进行电流检测，那是因为在关断的时刻相电流的流动是不可测的，并不能反映相电流的大小。

如果对开关管采用单极性PWM控制，在PWM周期的关期间，电流经过那个常开的开关管和另一个开关管的续流二极管形成续流回路，这个续流回路并不经过电流检测电阻R，因此在R上没有压降，所以在PWM周期的关期间不能采样电流。

如果对开关管采用双极性 PWM 控制，在 PWM 周期的关期间，电流经过同一桥臂的另两个开关管的续流二极管到电源形成的续流回路，在电阻 R 上有反向电流流过，产生负压降。所以在 PWM 周期的关期间也不能采样电流。另外在PWM 周期的开期间, 电流上升并不稳定，也不易采样。

从上述分析可以知道电流采样时刻应该是在PWM周期开期间的中部，它可以通过DSP定时器采用连续增减计数方式周期匹配事件启动ADC转换来实现。

为了防止过流，这里还设计了过流检测，通过加一个阻值较小的电阻然后接至电压跟随器，其作用有：电压跟随器的输入电压与输出电压大小和相位一样。电压跟随器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以看成是一个阻抗转换的电路（低频），这样可以提高原来电路带负载的能力，（不知道这样讲能不能理解？）。也就是，假如原来的电路输出阻抗比较大，而所加载的电阻小（负载大，电流大），压降也会比较大。这时加电压跟随器，就可以解决这个问题，即能保护电路。其电路图如图3-4。

图3-4 电流采样保护电路

3.1.2 位置检测（速度检测）

这里我们用的是一个具有三个霍尔元件作位置传感器的直流无刷电机。霍尔元件由电源板 5V 辅助电源供电，位置传感器的输出直接输入到 TMS320LF2407的捕获口 CAP1~CAP3, 由于位置信号来自 3 个霍尔元件而不是光电编码器，捕获单元由软件设置成 4 个捕获输入（其中 3 个是必需的），而不是作为 QEP 接口形式。捕获单元的时基选 Timer2，它被设置成连续向上计数模式，它检测的最慢速度靠它最大的可以设置周期值来决定，T2PER(定时器 2 周期寄存器)设置为0xFFFFh，并且分频设置成128，这个设置允许速度降低到 12rpm(当主频率CPUCLOCK=10MHZ 时)，通过检测霍尔传感器输出的三个 180°宽、相位相差120°信号的上升沿与下降沿，可以得到六个位置发生变化的时刻。在捕获到变化时刻的同时，DSP 相应的中断标志位置 1, 发出中断请求产生捕获中断，调用相应的中断处理程序即可得到所要的位置信号并进行相应处理。而且中断处理程序还可以根据 Timer2 的值算出两位置发生变化之间的时间差，得到速度的信息。

如果要对直流无刷电动机的转速进行精确的控制，首先要对它的转速进行精确的测量，在一般的电动机调速系统中，通常在电动机的转轴上安装一个测速发电机、光电编码器等测速装置，以此精确的测量电动机转速，由于多数的直流无刷电动机的容量很小，不易在转轴上安装测速装置，所以通常利用转子位置传感器的信号来反映转速。一般而言，一台三相六拍直流无刷电机每个旋转周期内都会产生六个交变信号，由于霍尔传感器相对于电机的位置是固定的，也就是两交变信号之间的相位差是不变的，因为每两个信号交变的相位差为 60°，所以速度信号就可以写成：

(3－1)

其中：

为转子转角变化；

无刷直流电机控制毕业设计论文