三相直流无刷电机驱动板设计
黄小莉 何 毅
（西华大学 电气信息学院，
成都 610039）
Design for three-phase brushless DC driving board
HUANG Xiao-li，
HE Yi
（School of Electrical and Information Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）
文章编号：1001-3997（2011）05-0060-02
【摘
要】采用 Luminary Micro 公司生产的 StellarisTM(群星)系列 LM3S615 单片机，运用 LM3S615
的 PWM 模块、GPIO 模块、定时器模块等，加上高效的增量式 PID 算法，设计了三相直流无刷电机驱动
板。通过串口通讯模块，构建通信协议，辅助 MotorDemo 上位机软件，实时在上位机图形化显示转速，并
可用上位机对电机进行控制。同时也可用下位机的按键和 LCD 对电机实施简单控制。驱动板加有硬件死
区保护电路，
运用 IR2101 驱动芯片，驱动能力大于 12V，2A。运用该三相无刷电机驱动板，能够精确的检
测和控制三相无刷直流电机的转速，
准确控制电机的转动位置，
并对电机实施过流保护。
关键词：
三相直流无刷电机；
LM3S615；
PID 算法；
正交编码盘
【Abstract】By adopting PWM module，
GPIO module，
timer module of the LM3S615 MCU produced
by Luminary Micro Company，
coupled with efficient incremental PID algorithm，
a three-phase brushless DC
motor driving board is designed.Through serial communication module，
a communication protocol is built，
which may support MotorDemo PC software，
display the graphics of speed on the PC in real-time，
and con－
trol the motor with the PC.At the same time，
the keys and LCD of MCU might be applied to control simply
the motor.Driving board is equipped with a hardware dead protection circuit，
applying IR2101 driver chips，
which driving capacity is greater than 12V，
2A.By applying three-phase brushless motor driving board the
speed of three-phase brushless DC motor can be detected and controlled accurately as well as the position
of the motor rotation to protect it from any over-current.
Key words：
3-phase brushless DC motor（BLDC）；
LM3S615；
The PID algorithm；
The orthogonal-
coding
中图分类号：TH16，TM361 文献标识码：A
＊来稿日期：
2010-07-25
1 引言
电机在生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农
业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生与办公自动化，还是
在日常生活中的家用电器，
都大量地使用着各种各样的电机。无
刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，
因
此它在保留直流电动机优点的同时，
还具有结构简单、性能可靠、
永无磨损、故障率低、寿命比有刷电机提高了 6 倍、空载电流小、
效率高、体积小，使它极快的得到了发展和普及，因此对无刷电动
机的研究与控制很有必要
[1~4]
。
采用 Luminary Micro（流明诺瑞）公司产生的 StellarisTM（群
星）系列微控制器 LM3S615 单片机，运用 LM3S615 良好的运动
控制功能，
设计出一款三相直流无刷电机驱动板。使用该三相无
刷电机驱动板，能够精确的检测和控制三相无刷直流电机的转
速，
准确控制电机的转动位置。
2 三相直流无刷电机驱动板硬件设计
2.1 总体方案设计
总体方案设计，
如图 1 所示。方案中，
主控器件 MCU 采用 LM3S6
15 单片机，
运用 LM3S615 中 PWM 模块产生 6 路带死区的 PWM
信号，进行功率放大，驱动控制三相全控桥，达到控制电机的目
的。并采用 512 线正交编码盘进行转速和位置检测。同时运用采
样电阻对线圈绕组的电流采样，采样电流过大，则关闭所有的
PWM 输出信号，
对电机实施保护。由于采用增量式 PID 算法，考
滤参数的调试方便，
图形化显示的直观性，
以及运程控制方便性，
运用 LM3S615 的串口通信模块，与上位机通信。
50MHz
Cortex-M3 内核
串口通信
LM3S615
ADCO
PA2
PA3
PA4
PC4
PC6
PWM0
PWM1
PWM2
PWM3
PWM4
PWM5
FALLT
PWM
事件刚发
过流比较
位置传感器
编码器
电流模拟量
三相驱动
u
v
w
图 1 方案框图
2.2 LM3S615 控制电路及其外围电路
LM3S615 是首款基于 ARM Cortex-M3 内核的控制器之一，
其
高性能的 32 位运算能力和低延迟的中断响应，在运动控制领域表
现十分出色。微控制系统电路。该最小系统除单片机外，
还集成了
LDO、
晶体振荡器和复位电路，
在外部提供（+5）V 电源电压的情况
Machinery
Design
＆
Manufacture
机 械 设 计 与 制 造
第 5 期
2011 年 5 月
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