一种PMSM控制系统硬件电路的制作方法

本发明涉及一种PMSM控制系统硬件电路，适用于电机控制领域。

背景技术：

随着社会的发展和工业技术水平的不断进步，各种电机的需求越来越多。稀土永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)自问世以来，从方波驱动发展到正弦波驱动，在结构、能效指标、控制性能及制造工艺等各方面，完全满足了现代高性能伺服系统对电机转速进行高精度控制和控制系统具有高可靠性的要求。因此，PMSM以其优良的性能，与现代驱动控制技术和高精度传感器技术相结合，组成了现代最优异的伺服控制系统，已经成为现代高性能伺服控制系统的主流及发展方向。

但现有的一些控制系统的输出功率较小，带负载能力弱，控制系统占用空间答、运行不够平稳等缺点，因此设计一种高精度、高稳定性、能够带较大负载的控制系统很有必要。

技术实现要素：

本发明提供一种PMSM控制系统硬件电路，基于DSP，CPLD、独立H桥驱动和旋转变压器的PMSM控制系统，不仅能满足现代高性能伺服控制系统对转速进行控制高精度高可靠性控制，而且还具有输出功率大、带负载能力强、控制系统占用空间小等优点。

本发明所采用的技术方案是。

PMSM控制系统硬件电路由电源电路、驱动电路、电流采样电路、电流保护电路、电压采样电路构成。上位机通过RS-422总线给DSP发送转速指令，DSP产生三对互补的SPWM波经CPLD逻辑控制电路后控制驱动电路工作，驱动电路控制3路独立的H桥的通断从而控制电机工作。旋转变压器检测出电机转子的位置和转速，并通过SPI总线将其反馈给DSP，电流传感器检测出电机的三相相电流和主电流，电压检测电路检测系统的主电压并经调压电路调理后将其反馈给DSP,DSP使转子位置、转子转速、相电流和主电压等信号通过矢量控制算法产生相应的SPWM波控制电机工作，并将这些信号通过RS-422总线实时地显示在上位机上。

所述控制系统供电电压为+28 V，采用电源适配器供电。通过电源转换芯片将+28V转为+5 V和+15 V。主控芯片DSP和CPLD只需要+3.3V的电源供电，采用TI公司的LDO LM3940将+5V转为+3.3V。电源转换电路该芯片最大输出电流可达1A，体积小，带负载能力强，内置温度过高保护、短路保护，设计电路简单。

所述驱动电路采用高精度高速隔离半桥驱动器ADuM3223，有最大4A的输出电流，有两个独立的输出通道，一个芯片能驱动半个H桥。该芯片输人端采用+5V电源供电，输出端采用+巧V电源供电。为了节省电路板空间，芯片的高压端采用自举供电方式。D1是自举二极管是超快恢复二极管，反向电压必须大于电路峰值母线电压；1011和1012是自举电容，必须取值应充分大，且以瓷片电容为好。该芯片带有使能控制信号DISABLEI，该信号由CPLD逻辑电路进行控制，当DISABLEI为低时，说明没有过流发生，芯片驱动正常工作；当为高时，说明有过流发生，驱动电路停止工作。

所述采样电路中，电流从IP+端输入，从IP-端输出，在VIout端产生与电流成正比的电压信号，当检测电流为-30-30 A时.输出电压为0.5～4.5 V，该电压不能满足DSP的AD采样端口最大输人电压为+3.3V的要求，故需要对该电压信号进行滤波、分压，然后将该电压作为DSP AD端口的采样信号。

所述电流保护电路中，相电流经过调理电路传送给保护电路。该保护电路采用ANALOG DEVICE公司的轨至轨、高精度、快速、低功耗运算放大器AD8468。当相电流正常，即UC VIA<U TH+时，FAULTI_1和FAULTI_2，均为高电平；若出现过流的情况，FAULTl_1或FAULTI_2一会出现低电平，此时通过CPLD内部逻辑关断IGBT驱动信号，即DISABLE1为高电平。

所述主电压采样电路中，主电压经过电阻分压作为隔离运放的输人，隔离运放输出端输出差分信号，该差分信号经过电压调理电路后输入到DSP的AD采样端口。稳压二极管D2的作用是稳压保护，防止电流过大后烧坏芯片。并联小电容的作用是滤除电压上的纹波噪声。

本发明的有益效果是：电路结构简单，满足了现代高性能伺服控制系统对转速进行控制高精度高可靠性控制，具有输出功率大、带负载能力强、控制系统占用空间小等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的PMSM控制系统框图。

图2是本发明的电源电路。

图3是本发明的驱动电路。

图4是本发明的电流采样电路。

图5是本发明的电流保护电路。

图6是本发明的电压采样电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，PMSM控制系统硬件电路由电源电路、驱动电路、电流采样电路、电流保护电路、电压采样电路构成。上位机通过RS-422总线给DSP发送转速指令，DSP产生三对互补的SPWM波经CPLD逻辑控制电路后控制驱动电路工作，驱动电路控制3路独立的H桥的通断从而控制电机工作。旋转变压器检测出电机转子的位置和转速，并通过SPI总线将其反馈给DSP，电流传感器检测出电机的三相相电流和主电流，电压检测电路检测系统的主电压并经调压电路调理后将其反馈给DSP,DSP使转子位置、转子转速、相电流和主电压等信号通过矢量控制算法产生相应的SPWM波控制电机工作，并将这些信号通过RS-422总线实时地显示在上位机上。

如图2，控制系统供电电压为+28 V，采用电源适配器供电。通过电源转换芯片将+28V转为+5 V和+15 V。主控芯片DSP和CPLD只需要+3.3V的电源供电，采用TI公司的LDO LM3940将+5V转为+3.3V。电源转换电路该芯片最大输出电流可达1A，体积小，带负载能力强，内置温度过高保护、短路保护，设计电路简单。

如图3，驱动电路采用高精度高速隔离半桥驱动器ADuM3223，有最大4A的输出电流，有两个独立的输出通道，一个芯片能驱动半个H桥。该芯片输人端采用+5V电源供电，输出端采用+巧V电源供电。为了节省电路板空间，芯片的高压端采用自举供电方式。D1是自举二极管是超快恢复二极管，反向电压必须大于电路峰值母线电压；1011和1012是自举电容，必须取值应充分大，且以瓷片电容为好。该芯片带有使能控制信号DISABLEI，该信号由CPLD逻辑电路进行控制，当DISABLEI为低时，说明没有过流发生，芯片驱动正常工作；当为高时，说明有过流发生，驱动电路停止工作。

如图4，采样电路中，电流从IP+端输人，从IP-端输出，在VIout端产生与电流成正比的电压信号，当检测电流为-30-30 A时.输出电压为0.5～4.5 V，该电压不能满足DSP的AD采样端口最大输人电压为+3.3V的要求，故需要对该电压信号进行滤波、分压，然后将该电压作为DSP AD端口的采样信号。

如图5，电流保护电路中，相电流经过调理电路传送给保护电路。该保护电路采用ANALOG DEVICE公司的轨至轨、高精度、快速、低功耗运算放大器AD8468。当相电流正常，即UC VIA<U TH+时，FAULTI_1和FAULTI_2，均为高电平；若出现过流的情况，FAULTl_1或FAULTI_2一会出现低电平，此时通过CPLD内部逻辑关断IGBT驱动信号，即DISABLE1为高电平。

如图6，主电压采样电路中，主电压经过电阻分压作为隔离运放的输人，隔离运放输出端输出差分信号，该差分信号经过电压调理电路后输入到DSP的AD采样端口。稳压二极管D2的作用是稳压保护，防止电流过大后烧坏芯片。并联小电容的作用是滤除电压上的纹波噪声。