基于FSAM50SM60A的无刷直流电机控制器设计

摘 要：本文介绍了以R5F21346FKFP為主控芯片，FSAM50SM60A为功率驱动芯片的无刷直流电机控制器的设计，具体分析系统的硬件设计原理，软件架构和算法，及测试数据。

关键词：R5F21346FKFP;FSAM50SM60A;无刷直流电机

无刷直流电机（BLDCM）通过电子换向装置代替有刷直流电机（BDCM）机械换向装置，换向灵活，效率高，电磁辐射小，电机的使用寿命增长。本文设计了以R5F21346FKFP为控制芯片，FSAM50SM60A为功率驱动芯片的无刷直流电机控制器。

1 系统硬件设计

无刷直流电机控制器的硬件电路由MCU电路、信号检测处理电路、功率驱动电路及电源电路组成，系统硬件设计如图1所示。MCU电路输出PWM信号控制功率驱动电路，驱动电机转动，信号检测电路将电机电流、转子位置及温度信号反馈至MCU电路，形成电机的闭环控制。

无刷直流电机的功率驱动一般选择全桥式驱动电路，如图2所示，功率管两两导通，即任意时刻电机绕组仅两相导通，第三相悬空。ECU产生PWM信号，控制切换功率管导通与截止。

本文选用FSAM50SM60A作为无刷直流电机的驱动芯片。FSAM50SM60A属于一款智能功率模块，内部集成三个IGBT驱动电路、三个Sense-IGBT驱动电路及高压集成电路，具有欠压、过压和过流保护功能。FSAM50SM60A芯片内部集成度高，便于简化外部电路，适用于中低功率直流电机的功率驱动。FSAM50SM60A功率驱动电路原理如图3所示。

2 系统软件设计

电机反馈电流采集数据的准确度对电机的闭环控制影响较大，本文采用变加权中值滤波法对反馈电流值进行滤波处理。除去最大值和最小值去移动均值，并改变滤波权重，保留有效值，将前一次的滤波数据迭代到本次运算，降低电磁噪声的干扰。

电流PID控制的流程图如图5所示。采集无刷电机的实际电流，计算出实际电流与目标电流的差值，对电流偏差值进行积分运算，对无刷电机的电流进行PID控制，产生控制电机的PWM信号。为了保护无刷电机，需对输出PWM信号进行限幅处理。为避免电流偏差积分量饱和，使输出量响应滞后，对电流偏差积分量进行限幅处理。

3 实验结果分析

无刷电机转速变化时，测量电机的实际电流，测试电机的实际电流跟随目标电流的性能。测试数据如图6所示，实际电流在25ms以内可以达到最大值，电机响应速度快;实际电流比目标电流达到最大值的时间落后8ms，在设计允许范围之内。

4 总结

本文实现了无刷直流电机的闭环PID控制，实验结果表明控制器稳定性好、控制精度较高，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]王捷，艾红.无刷直流电机转速闭环控制系统设计[J].自动化技术与应用，2017，36（09）：22-26.

[2]张新荣，张理伟，刘红平 等.无刷直流电机基于线间反电动势的转子位置估计[J].长安大学学报（自然科学版），2016，36（01）：105-111.

[3]赵毅，牟同升，沈小丽.单片机系统中数字滤波的算法[J].电测与仪表，2001（06）：5-8.

基金项目：

本文系基于天津职业技术师范大学校级科研项目资助（项目编号：XJKC031722）。

作者简介：

侯丽娟（1986—），女，汉族，山东菏泽人，硕士，实验师，研究领域：嵌入式和控制工程。