伺服驱动器硬件设计-中科伺服VIP免费

1小功率伺服硬件设计浅析李鹏（深圳市中科伺服科技有限公司深圳广东518000）【摘要】本文讨论一种输出电流为5.5A的小功率交流永磁同步电机伺服驱动器的硬件构成。首先详述了主控器件资源分配，其次给出了实现伺服电流控制环的逆变与信号隔离电路、电流反馈电路，再次给出了实现伺服位置/速度控制环的脉冲信号采集电路、增量式编码器信号采集接口电路，最后给出了实现伺服功能配置与辅助的RS485通讯接口的电路、数字输入输出接口电路。【关键词】脉冲信号采集；伺服驱动器硬件；编码器接口电路Low-powerservodrivehardwaredesignLipeng（ShenzhencastdservoTechnologyCo.,Ltd.ShenzhenGuangdong518000）【Abstract】Thisarticleisintendedtodiscussahardwareof5.5AoutputcurrentofsmallpowerPMSMservodrive.Firstly,wedescribemaindeviceresourceallocationindetails;Secondly,wegiveimplementationoftheservocurrentcontrolloopcontravariance,signalisolationcircuitandcurrentfeedbackcircuit;Thirdly,wegiveimplementationofservoposition/speedcontrolloopofpulsesignalacquisitioncircuitandincrementalencodersignalacquisitioninterfacecircuit.FinallywegiveimplementationofservofunctionconfigurationandauxiliaryRS485communicationinterfacecircuitanddigitalinput/outputinterfacecircuit.【Keywords】Pulsesignalacquisition;Servodrivehardware;Encoderinterfacecircuit1概述：本设计硬件由一块电路板组成，主控单元包括了主控器件、存储芯片。电流环电路包括了整流单元、辅助电源、逆变单元、逆变单元驱动电路、电流反馈检测单元，位置/速度环电路包括编码器信号采集单元、指令脉冲信号采集单元，其它包括数字IO接口单元、制动单元、通迅单元。由于整流与辅助电源部分与其它马达控制产品类似，本文不再做过多讨论。2主控器件与功能配置：主控器件选用TI推出的基于C和C++语言的高效32位定点DSP芯片TMS320F28232作为控制核心，其最高时钟工作频率可以达到100M，可高效的完成SWPWM、ADC、外设等相关计算与控制，其中AD速率最快可达80ns。其优点是可以实现比较复杂的控制算法。DSP除具有快速的数据处理能力外，还集成了丰富的外设接口，如A/D转换器、PWM发生器、定时计数器、异步通讯、CAN总线控制器以及高速的可编程静态RAM和大容量的FLASH存储器等。DSP作为伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体,通过相应的算法输出PWM信号，PWM信号作为驱动电2路的驱动信号，来控制逆变器的输出，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。伺服驱动器需要的功能设计利用TMS320F28232资源做如下分配：利用其Epwm单元实现6路PWM控制，实现SVPWM功能，同时利用EPWM接口实现制动功能；利用异常中断接口（Tz接口）实现短路、过流等保护，Tz口一旦接收到故障信号可以马上关掉SVPWM输出，保护功率组件。利用eQep和CAP功能配合实现PMSM增量式旋转编码器信号的采集，为位置控制、速度控制、力矩控制提供当前的控制信息。利用eQep功能实现外部脉冲信号的采集，外部脉冲也是上位机指令给定。利用GPIO口实现编码器初始角识别、PWM封锁信号、风扇输出控制、数字输入输出口。利用I2C口实现对Eeprom的读写，实现伺服驱动器功能参数保存功能。利用SPI口实现键盘、LED显示。利用SCI和CAN接口实现伺服驱动器与外部上位机基本的通信功能。利用XINTF接口实现外部扩展，可以将POWERLINK等总线功能用该接口实现。3电流控制环电路3.1驱动信号隔离电路本设计利用高速的光耦实现驱动信号与DSP控制信号直接的电气隔离，本设计选用M453，该器件隔离电压高、共模抑制效果好、速度快，驱动电路如图3-1所示。图3-1IPM驱动电路3.2逆变电路本设计中功率器件采用智能功率模块（IPM）为核心设计的逆变电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电流故障检测保护电路。IPM是由6个高速、低功耗的IGBT及其驱动电路、驱动保护电路等集成一体的混合电路器件。通过内部集成的保护电路，可实现自我保护功能，若驱动电路的控制电源过压、欠压，或者IGBT过流发时，IPM故障输出端FO口将输出一个低电平信号，...