基于 78F0712 的 E-BIKE 用无刷直流电机控制器的设计

 

    摘要：本文介绍了以电机控制专用芯片 μPD78F0712 为核心的 E-BIKE 用无刷直流电机
控制器的设计，主要阐述了 PWM 控制电路结构及功率开关器件的选择，驱动电路，保

 

护电路以及软件设计。

    

 

引言

    电动自行车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的
优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而

 

具有广阔的发展前景。

    在许多对调速精度要求不高的应用场合，无刷直流电机(BLDC )的调速方式主要通过开
环 PWM 调制来实现。导通逻辑信号上叠加 PWM 信号，通过外部给定 PWM 的占空比来
实现转速变化，硬件实现容易，成本较低。目前市场上电动自行车的调速大多采用这种方

 

式。

    为提高 E-BIKE(电动自行车)用无刷直流电机的控制性能，本文提出了一种采用 NEC 公
司的电机专用控制芯片 μPD78F0712 为核心的控制方案，并对电机的速度和电流进行了

 

闭环控制，目的在于提高其动态和静态特性，优化其控制性能。

    μPD78F0712 

    μPD78F0712 为 NEC 公司的 8 位电机控制专用驱动芯片，其特点如下：最小指令执行
时间可达 0.1ms；外部时钟频率 20MHz；片上高速晶振(8MHz)；32 个 8 位通用寄存器；
片上乘法/除法器；16K ROM，768 Bytes RAM；自编程功能；片上看门狗定时器；10 位
逆变器控制电路；4 通道 10 位 A/D 转换；15 路 IO

 

端口；实时输出端口。

    

 

无刷直流电机控制系统

    基于 μPD78F0712 的无刷直流电机的控制系统结构中各个功能块的作用如下：速度给定
电 路 得 到 自 行 车 手 柄 的 模 拟 给 定 速 度 ； 驱 动 电 路 把 MCU 的 驱 动 信 号 转 换 为 功 率
MOSFET 的驱动信号，控制功率管的导通状态；功率电路实现直流到交流的变换，控制
电机的电流；电流反馈用于检测电机电流；位置反馈用于检测电机转子的位置；无传感

 

器电路根据电机的反电动势确定转子的位置。下面将具体介绍各个部分的电路和功能。

    

 

位置检测电路

    无刷直流电机采用三个空间相差 120o 的霍尔器件进行位置检测。
    这三个信号经过滤波处理后由单片机的三个外部中断输入引脚进行处理，得到正确的
转子位置信息。由 MCU 根据确定的换相控制逻辑对电机进行换相，得到连续的输出转矩，
从而使得电机可以正确的连续运行。同时根据这三路信号的位置信息经过微分计算可以得

 

到电机的实际转速，为保证系统的稳定性，应对速度进行滤波处理。