航天大功率无刷电动舵机控制器硬件电路设计电脑主板

航天大功率无刷电动舵机控制器硬件电路设计

航天大功率无刷电动舵机控制器硬件电路设计 2012 1电源供电设计 本控制器输入有两种直流电源，分别为驱动电机的l 80 V(DC)功率电源和确保控制器止常工作的24 V(DC)控制电源。其中，1 80 V直流电源经过上下电开关电路、滤波电容排、三相伞桥逆变器后为电机三相星形绕组提供方波驱动电流，使电机的主功率通道：而24 V直流电源为总的控制电源，分别通过电源模块转换为1路+5 V和1路-4-15 V的信号级电源、四路隔离的+15 V逆变器驱动电源。 首先分析上电过程中的逻辑时序，处于何种状态下的逻辑时序会造成功率部分的导通混乱，从而使控制器处于不稳定的状态。表l中可以看出，状态1、状态2，由于芯片供电和逻辑信号电都为O，不会造成功率器件的导通：当状态3、状态4、状态5时，由于5 V逻辑电平和DSP、CPLD上电时的不稳定状态，功率器件可能存在导通无序的状态，要控制好电源上下点时序，避免状态3、4、5的情7兄出现。 本控制器在IPM前级，用MOSFET和三级管搭建了一个模拟电路，当3．3 V、1．9 V和5 V上电未稳定时，IPM前级管脚通通被上拉5 V，当3．3 V、1．9 V和5 V都满足稳定时，MOSFET关断，IPM的输出前级变为由CPLD控制的输出信号：当系统下电时，系统检测到3路信号电有变化时，马上关断光耦5 V前级供电。 2主控芯片设计 本系统采用DSP+CPLD的组合控制方式，DSP采用TMS320F2812的32位定点DSP，非常适用于工业控制、电机控制等。而CPLD采用epml270，该芯片供电电压采用3．3 V，其集成度高、程序并行处理速度快且性能优良。两者结合优势明显，DSP作为控制元，运算速度快、易于高速算法的实施：而CPLD作为逻辑、保护处理单元，其并行处理能力强，逻辑时序功能强大。 3检测电路 3．1电压检测 舵机驱动系统一般都存在电压泵升，通常，电源一般无法吸收该能量，大多数存储在滤波电容上，因此要对母线电压进行监控，当电压较高时，IPM制动功率管导通，能量通过制动电阻兄释放掉。 根据主功率电路拓扑结构，电压检测点设计在电容排的两端，根据该电压值可知道母线电压的大小、电压泵升、电容排上有无电荷等，电压传感器选用LEM公司的LV25一P磁平衡式电压传感器，其输出为电流型隔离式，外配电阻进行输出电压匹配。 3．2电流检测 本系统考虑到驱动电动舵机时电机始终处于频繁正／反转，大电流冲击频繁，对运行过程中的母线电流和三相电流都要进行同时检测：采用三个霍尼韦尔公司生产的CSNS 300M一002电流传感器，额定0～300 A，峰值电流600 A：一个检测母线电流、剩下两个检测两路相电流，通过2路相电流反算出第三路相电流，同样外配电阻进行输出电压匹配。 3．3位置检测 控制器的位置检测采用旋转变压器和霍尔信号同时采样，将霍尔信号同时送入DSP和CPLD，而旋转变压器信号通过AD2S120旋转变压器／数字转换器单片集成电路，输出12位绝对位置信息和带符号的ll位速度信息。 3．4温度检测 温度通过热敏电阻进行实时检测，通过电阻分压比，输出O～5 V电压。 3．5硬件滤波电路 大功率电动舵机电磁环境复杂，航天系统对于可靠性要求又比较高，既要保证系统的可靠性，又不能频繁出现虚警现象，所以滤波采用硬件、软件双滤波设计。而硬件滤波又分为双通道，如图3所示，电压、电流、温度模拟信号经过二阶有源滤波后也分成两路，一路通过变比例后输出电压信号给AD采样，通过采样反馈信号给CPLD，另一路经过与过流基准比较，输出TTL电平信号给CPLD，进行逻辑综合处理，实现故障保护。

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