2.3 驱动电路

驱动电路采用智能功率模块(IPM)，这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能集成一体。本系统充分利用IPM的强大功能，只需少量的外围器件便可以很容易地组成功能完善的逆变桥主电路。

功率驱动模块采用仙童(Fairchild)公司的FSBS10CH60，它是10A、600V的集驱动和保护于一体的IGBT模块，隔离电压达到2500V。带有温度传感器，可方便实现过热检测。为了实现弱电信号控制强电信号，达到强弱电隔离，尽可能地保护电路。微控制器输出的PWM信号需经过光隔驱动后，再控制IPM。光电隔离器件采用HCPL4504。

2.4 位置检测电路

本系统所选电机为无刷直流电机，配有霍尔位置传感器和编码器。霍尔位置传感器是集电极开路输出，因此在和微控制器接口时需要上拉电阻。编码器是双极差分信号输出，需要增加接收器26C32和微控制器接口。

2.5 检测保护电路

由于电机驱动的开发和使用的特殊性，应加强安全意识。一是实验过程的人身安全;二是设备安全，保证实验过程的正常运行。因此，保护电路必不可少。在本项目的设计过程中，重点设计了以下检测保护电路。

(1)相电流检测：精确的电流采样，是电机良好运转的必要条件。本系统采用LEM公司生产的电流传感器HX-15P进行电流采样。电流传感器的原边串入电机三相动力线，副边即输出成比例的电压信号。该信号为具有正负极性的双边信号，无法直接接入微控制器的AD输入通道，因此，需要对该信号进行整流，可以采用运放构成精密全波整流电路，不过要注意运放的带宽，以便满足AD采样的需要。

(2)过压、欠压检测电路：通过在母线电压之间串接分压电阻进行电压采样，电路的核心是双比较器LM393，其构成窗口比较器，母线电压超出窗口阈值，表明母线电压异常，输出信号通过光隔后，输入微控制器接口，从而控制PWM输出，保护功率驱动电路的安全。

(3)过流故障检测：主要依靠IPM芯片的故障输出功能，FSBS10CH60芯片具有一个故障输出引脚FO，当芯片内部出现过流等综合故障，此引脚会输出脉冲信号。将此脉冲信号通过光隔后，输入微控制器PWM模块的故障(Fault)引脚，强制PWM进入无效状态。

(4)过热故障检测：同样是利用IPM芯片的集成温度传感器功能，IPM芯片内部带有一个热敏电阻，作为温度传感器使用。通过热敏电阻采样的温度电压信号经过运放OP07构成的电压跟随器后，再经过比较器和设定的温度值做比较，输出信号通过光隔后，输入微控制器接口，从而保证电路安全。

3 驱动软件设计

本文所设计的伺服驱动系统是一个基于无刷直流电机的包括速度调节环和电流调节环的双闭环调速系统。闭环调节算法采用常用的PI控制算法。

首先通过编码器和霍尔位置传感器的输出来确定转子的位置和换向信号。同时，计算得到电动机的当前速度，然后与速度参考值进行比较，得到速度误差信号，经速度调节器后，得到相应的电流参考信号，该电流参考信号与电流传感器采样的实际电动机相电流信号进行比较，电流误差信号经电流调节器调节后，得到PWM的占空比，产生适当的PWM信号，施加到电动机的功率电子开关电路上，通过控制功率管的开通关断顺序和时间，从而实现对直流无刷电动机转速和输出转矩的控制。

根据控制系统所要实现的功能，结合模块化的软件设计思想，可将系统软件分为三大部分：主程序模块、系统初始化模块、系统控制模块。主程序模块主要包括系统时钟配置、外设接口配置、中断配置以及调用系统初始化模块和系统控制模块等。

系统初始化模块主要完成HALL接口、QEI接口、PWM模块、ADC采集模块、系统定时模块、显示输出模块、CAN总线模块、UART模块、看门狗等相关模块的初始化功能。系统控制模块功能包括各中断服务子程序，主要负责完成系统控制任务，包括命令的接收与处理、参数综合、全局协调以及状态显示等。

本系统大部分的功能依赖于中断的执行，因此正确配置中断是程序设计的关键。程序的编程语言采用C语言，灵活易用，可移植性强。开发环境采用IAR Embedded Workbench for ARM V5.50，编译效率高，使用方便。

4 系统应用

城市轨道交通站台屏蔽门系统作为国家大力发展的轨道交通设备，市场前景广阔。门机系统是屏蔽门系统的核心，其关键技术是电机控制，也就是伺服驱动系统。基于本文所设计的伺服驱动系统，满足屏蔽门系统的速度环控制要求。

5 结论

ARM的强势推出，成本不断降低，诸多伺服设计厂家已经转向ARM方案，可以说基于ARM的芯片已经引领了MCU应用潮流。同时，基于ARM核的芯片具有32位的内核，资源丰富，性能优越，为高速采样提供了运算速度的保证, 从而可在较大的转速范围内实现高精度控制。该调速系统具有响应速度快、可扩展性强、性价比高等特点，可应用于自动门、电动自行车等领域，有广阔的市场应用价值。