幫你入門：傾轉旋翼機的無刷直流電機驅動器

近年來我國對于航空領域的電子技術研究日漸興盛，對于傾轉旋翼機的研究尤為突出。與傳統飛機相比，傾轉旋翼機以其可實現垂直起降和水平飛行兩種模式的切換外，同時還具有載重量大等優點。本文就將采用ADuC7060單片機為控制芯片，針對傾轉旋翼機控制的無刷直流電機驅動器進行講解。

說到傾轉旋翼機，首先要了解其結構(如下圖所示)。通常傾轉旋翼機分為垂直起降模式和水平飛行模式。系統采用MEMS陀螺儀和加速度計作為傳感器，為控制器提供位置姿態信號，在負反饋機制作用下，驅動執行器進行姿態調節。以垂直起降模式為例，當兩傾轉軸同向轉動時，就可以實現俯仰姿態的調節；當兩傾轉軸反向轉動時，就會為機體提供一個扭矩，實現偏航姿態的調節；而當左右兩個電機轉速差動時，就實現滾轉姿態的調節。可見，無刷直流電機的平穩調速對旋翼機系統至關重要。

目前無位置傳感器無刷直流電機驅動策略主要以反電勢法為主，也就是說不需要借助位置傳感器，僅通過檢測反電勢信號就可以判斷轉子位置，具有結構簡單、可靠性高等優點(如下圖所示)，為A相繞組的反電勢在一個電周期內的波形，其中橫軸代表當前運行時刻的電角度，縱軸代表A相繞組產生的反電勢Ea。從圖中可以看出，當檢測到反電勢信號過零點后，再延遲30°電角度即是換相點。對于三相繞組電機，每隔60°電角度就會產生一個反電勢過零點，過零點信號被ADuC7060微控制器檢測并處理后，就可以產生相應的驅動信號驅動電機連續運轉。

本文采用電壓為12 V的模型動力電池供電。硬件連接框圖如上圖所示，ADuC7060微控制器通過I2C接口接收來自主控制器發送的控制信號，根據轉速要求改變PWM占空比，并實時檢測反電勢過零信號，進而通過橋式逆變電路驅動電機調速。為了保證運行安全，系統中還利用采樣電阻設計了欠壓/過流檢測電路，以便在電池欠壓和電機堵轉過流時為系統提供保護。下面將對主要單元電路分別進行介紹。在本系統中，逆變電路為三相橋式結構，采用上橋臂單邊PWM控制。如圖4所示，圖中V1~V6為功率MOSFET，上橋臂選用型號為IRFR5305的P溝道功率MOSFET，當PWM輸出高電平時導通；下橋臂選用型號為IRFR1205的N溝道功率MOSFET，當I/O端口輸出低電平時導通。在每個功率MOSFET的前端都放置了一個三極管，目的是提高微控制器端口的驅動能力，保證MOSFET的可靠開關。在一個電周期內，控制導通相序為AB→AC→BC→BA→CA→CB，即可使電機連續旋轉。