[发明专利]电动自行车控制电路

说明书

技术领域：本发明属于人类生活必需品技术领域，提出了一种基于以单片机PIC16F72为核心的电动自行车用无刷直流电动机控制电路。

背景技术：随着社会的不断进步，人们生活水平的提高，环境保护和能源节约问题已经越来越受到重视，开发“零污染”、高效率的绿色环保电动自行车代替已成为一个不可逆转的趋势，且具有良好的发展前景。近年来，无刷直流电机(BLDCM)以其体积小，结构简单，功率密度高，输出转矩大，动态性能好等特点而得到了广泛应用。

在电机的数字调速控制中，选择高效可靠的单片机将使控制系统的硬件电路简单可靠、软件编制方便，系统整体性能得以提高。

PIC系列单片机是采用精简指令集RISC技术、哈佛总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8位嵌入式控制器(EmbeddedController)。在此研究的电动自行车控制系统是一个以PIC16F？2单片机为核心，无刷直流电机为控制对象的系统。该系统采用电流与速度环闭环控制的结构，其中电流调节器用传统的FI调节器，速度调节器为改进的PI调节器。

发明内容：本发明的电动自行车控制电路主要由以下几部分组成：(1)位置检测与速度检测电路，在无刷直流电机的控制中，磁极位置的测定直接决定了控制效果的好坏。方波电流驱动的无刷直流电机是借助于位置检测信号控制逆变器换流，以达到在电机定子线圈中通以互差120°的方波电流，才能正常运行。本系统的位置信号采样是通过无刷直流电动机本身自带的霍尔元件检测的，由于霍尔元件是集电极开路输出，其输出信号经过上拉电阻得出位置方波信号，再经过隔离电路送到PIC的C口对应引脚进行位置信号的捕捉。为了使电路尽可能的简单，降低成本，该系统没有专门设置速度检测装置，而是利用转子位置传感器所产生的脉冲信号来反映电机的转速，井通过软件运用算法测速，从而实现转速反馈。(2)电流检测电路。电流检测是限流驱动的基础，是系统电流环控制的重要环节，该方案采用一个分流电阻间接测流。在直流侧接相应阻值的分流电阻，通过测量电阻的电压，来测量直流回路的电流，这种方案对于A/D转换的精度和软件数据处理有一定要求，但是造价很低。(3)驱动、逆变电路，该系统采用MOSFET组成逆变器的变换电路。由于半桥逆变器的控制比较复杂，需要6组控制信号，电机三相绕组的工作也相对独立，必须对三相电流分别控制。而全桥逆变器的控制比较简单，只需三组独立控制信号，且任一时刻导通的两相电流相等，只要对其中一相电流进行控制，另外一相电流也得到了控制。因此该方案采用全桥逆变电路来控制各相位的导通，并选取美国国际整流公司推出的MOS功率器件专用的栅极驱动集成电路IR2132S。(4)电机调速方案，直流无刷电动机可以通过改变电枢电路中的外串电阻或改变加在电动机电枢上的电压调速。其中改变电枢电压调速的方法有稳定性较好、调速范围大的优点。该系统利用开关驱动方式使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制(PWM)控制电动机电枢电压，实现调速。

具体实施方式：下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例：本发明实施例采用的PIC16F72单片机，内部有2KB的FLASH程序存储器和128B的RAM数据存储器；不仅采用精简指令集RISC技术，而且还采用哈佛总线结构，两级流水线操作，提高了指令执行速度。此外它还具有22个I/O引脚，与电源掉电复位的功能，内置的外围含3个定时器(Timers₀-Timer₂)、一个捕捉/比较/PWM(CCP)模块和一个同步串行通信端口SSP。该系统利用PIC单片机此脉宽调制模块输出脉宽可调的信号，实现无刷直流电机调速。

本发明控制电路简洁，器件少，成本低，保护措施可靠，提高了系统的控制精度。同时本发明设计对无刷直就电机在其他领域的应用有一定的帮助和借鉴，具有广泛的现实意义。该系统速度环采用改进型的PI调节器控制，且通过软件运用算法测速，实现转速反馈，既简化电路又节省成本。