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图4：基于PSoC4的无刷直流电机控制框图

对比基于PSoC4的控制方案和当前市场上的主流商用方案我们不难发现，PSoC4由于集成了丰富的片内模拟和数字资源，可以完全用片内的硬件来完成无刷直流电机的顺序换相和电流监控，比软件实现更加快速可靠，且节省了可观的片外有源器件的成本。此外，片内的UDB还可以直接检测霍尔传感器的失效状态，并迅速保护电机，这也是其它厂商所不具备的重要功能。

5. 基于PSoC4 的无刷直流电机控制系统设计实例

① 控制原理图设计

依据图4的控制框图，我们设计了图5所示的在PSoC Creator环境下的BLDC电机控制原理图。

霍尔信号经I/O引脚后直接输入UDB换相逻辑表LUT_Cmut直接驱动三相全桥电路，完成电机的硬件换相。同时霍尔信号也同步输入另一个UDB逻辑表LUT_Spd，实现霍尔传感器的失效状态检测并完成电机的速度检测。

电机电流经采样电路后输入片内运放Opamp_1,经运放和滤波后输入片内比较器，与片内IDAC产生的过流阈值基准进行比较，反转后将直接关断PWM输出，通过换相逻辑表LUT_Cmut来使电机断电。

图5：步进电机控制原理图

② 控制系统软件设计

由于采用了PSoC4片内硬件进行换相、霍尔失效检测和过流检测保护，因此系统的的软件设计较为简捷，只需读取用户命令和完成速度闭环调节等即可。

图6：主程序流程图

图6为控制系统主程序流程框图。

控制主程序首先初始化和配置PSoC4的内部资源，在主循环中首先检测用户的起停命令和速度给定，在执行速度闭环PI调节。最后检测母线电压状态。

③ 控制系统实验结果

完成系统前述的系统原理图和程序设计后，在PSoC Creator环境下编译BLDC电机控制工程，并连接PSoC4开发板，三相全桥驱动板与BLDC电机，通电后电机可正常运行。图7显示电机运行在4000RPM时的霍尔信号与三相绕组反电动势波形。通道1，2，3分别为相绕组A，B，C反电动势波形。

由图可以看出，BLDC电机运行稳定，反电动势为标准的梯形波。

图7： 三相霍尔信号与绕组反电动势波形

6. 小结

本文主要介绍了如何在Cypress推出的PSoC家族的最新成员PSoC4平台上开发有传感器BLDC电机控制系统。本文的设计过程说明，PSoC4片内集成的丰富资源使BLDC电机的换相和霍尔失效检测都可以由内部硬件来完成，简化了控制系统的软件设计并提高了可靠性。此外，片内集成的运放和比较器将电流检测和保护也放在芯片内部完成，使过流检测反应速度更快并进一步降低了成本。因此，用户可以使用PSoC4设计出具有优异性能和较低价格的有传感器BLDC电机控制系统和产品。(end)  

关键词： PSoC4 传感器 BLDC 电机控制