MC33035在直流无刷电机控制系统中的应用

2012-09-25 02:59王陆林刘贵如

单片机与嵌入式系统应用 2012年2期

王陆林，刘贵如

（奇瑞汽车股份有限公司汽车工程中央研究院主动安全技术研究所，芜湖 241000）

1 MC33035功能介绍

MC33035是安森美公司推出的第二代无刷直流电机控制专用集成电路，主要组成部分包括转子位置传感器译码电路、带温度补偿的内部基准电源、频率可设定的锯齿波振荡器、误差放大器、脉宽调制（PWM）比较器、输出驱动电路、欠压封锁保护、芯片过热保护等故障输出电路和限流电路等。MC33035的典型控制功能包括PWM速度控制、使能控制（启动或停止）、正反转控制、相位选择和制动控制等。

芯片功能引脚定义如表1所列。

SA、SB、SC为霍尔信号输入端，内部上拉20kΩ电阻，外接霍尔传感器即可。Fwd／Rew、Brake、Output Enable和60°／120°Select分别为方向、制动、使能和霍尔相位控制端口，内部上拉40kΩ电阻，MCU控制端只要通过光耦或者三极管开漏接地即可进行控制。

如果不采用IC内置的硬件速度环，则将PIN12、13短接，通过PIN11端口输入PWM即可对电机进行调节控制。如果采用IC内置的硬件速度环则将PIN12、13通过R、C连接，通过PIN11端口输入PWM进行电机控制，HALL换向反馈信号通过PIN12端口输入。

表1 MC33035引脚定义

2 基于MC33035的直流无刷电机控制驱动电路设计

在本设计中主控制器以Freescale公司的基于Power－PC构架的32位处理器MPC5604P为例，MPC5604P控制端口通过比较器和MC33035接口，设计了基于MC33035直流无刷电机控制驱动电路。

传统的直流无刷电机控制驱动电路采用MPC5604P、预驱动IC和MOSFET实现，其中包括电压泵即自举电路。本设计是基于直流无刷电机控制芯片MC33035实现的，MC33035实现预驱动和电子自动换向功能，采用MC33035实现直流无刷电机的控制驱动电路，既简化了电路设计，同时也减轻了MPC5604P的运算量。MPC5604P和MC33035之间通过光耦或者比较器实现电平转换。本设计采用LM339比较器开漏输出实现MPC5604P对MC33035的开关控制，电路设计原理包括4部分。其中基于MC33035的直流无刷电机驱动控制电路原理图如图1所示。电流采集芯片AD8210可使反馈的电流模拟信号直接输入MPC5604P的A／D引脚，其中R2为3W／5mΩ的电流采样电阻，R1和C1组成了MC33035的外部时钟输入电路。可以通过调节R和C的值来设定RC振荡器频率。MC33035的Reternce Output提供约6.25V的输出电压，可以为霍尔传感器供电。SA、SB、SC为霍尔输入信号，内部已经连接20kΩ上拉电阻，所以只需外接霍尔传感器即可。

图1 基于MC33035的直流无刷电机控制驱动电路原理图

电平转换电路如图2所示。一路霍尔信号HALL＿A经过比较器LM339转换为0～5V的脉冲信号到MPC5604P，用于电机故障自检和电机转速计算；另外，MC33035的方向和使能控制端由MPC5604P通过比较器LM339进行隔离和控制。DIRMCU和ENABLEMCU的I／O输出电平与4.5V的参考电平比较，实现对MC33035的DIR和ENABLE端口的开漏控制。

图2 电平转换电路

MC33035、LM339、AD8210YRZ和 MPC5604P的连接电路如图3所示。MPC5604P通过PWM输出控制MC33035下背管控制端占空比，从而实现对电机的转速和输出扭矩的控制。MPC5604P通过28引脚A／D端口输入的电流反馈信号计算电机实际电流，进而和目标电流比较实现电流环的PI调节。

图3 MC33035、LM339、AD8210YRZ和MPC5604P的连接电路

3 基于MC33035的电机驱动控制程序设计

本设计使用了MPC5604P的4个信号引脚，开发和编译环境为CodeWarrior for MPC55xx V2.3，调试下载工具为USB PowerPC Nexus Multilink调试器。

3.1 控制引脚初始化

ENABLE＿MCU和DIR＿MCU控制引脚的初始化，通过配置SIU.PCR［5］、SIU.PCR［9］寄存器将PIN8、PIN94引脚配置为I／O输出引脚，即SIU.PCR［5］.R＝0x0202和SIU.PCR［9］.R＝0x0202。通过赋值操作SIU.GPDO［5］.R＝0／1和SIU.GPDO［9］.R＝0／1，即可使对应的控制引脚输出高／低电平。

3.2 PWM初始化配置

PWM输出引脚的初始化配置，第一步通过配置PSMI寄存器将flexpwm0A［0］分配到PIN53引脚，配置如下：

SIU.PSMI［20］.B.PADSEL＝1；

第二步通过SIU.PCR寄存器的配置将PIN53多功能引脚配置为PWM输出，配置如下：

下面为flexpwmx模块的初始化：

通过调用函数FlexPWM＿Init（0）即可将本设计中使用的flexpwm0模块初始化。接下来使能PWMA，B输出

配置如下：

PWMA输出函数如下：

在控制程序中通过以下函数调用、配置数据重载、PWM输出和MC33035使能即可按设定的方向和占空比驱动电机。

3.3 A／D初始化

首先通过SIU.PCR［33］.R＝0x2400操作将PIN28引脚配置为A／D输入引脚，通过AD8210输出的模拟信号CURRENT间接算出通过电机的电流。本设计中使用了MPC5604P片内ADC0模块的AN［2］通道，初始化配置如下：

在本设计中通过ADC1的1路硬件监控电路对每次A／D采集的值和预先设置的值进行比较，当采集的值超出通过ADC＿0.THRHLR0.R设定的上下限时将产生中断，通过中断服务程序将MOTOR＿CON输出低电平使驱动IC进入Sleep模式即可实现过流保护。初始化和中断服务函数注册如下：

在SIR服务函数中，通过“SIU.GPDO［44］.R＝0”语句即可关闭驱动IC。接下来通过发送A／D通道转换命令并查询状态标志位，当转换完毕即可通过读取ADC＿0.CDR［0］.B.CDATA寄存器得到采集的电压值，并通过公式IL＝Vout／20／R15计算得到通过电机的电流，从而实现电机的电流闭环控制。