作者：王陸林，劉貴如
1 MC33035功能介紹
MC33035是安森美公司推出的第二代無刷直流電機控制專用集成電路，主要組成部分包括轉子位置傳感器譯碼電路、帶溫度補償的內部基準電源、頻率可設定的鋸齒波振蕩器、誤差放大器、脈寬調制(PWM)比較器、輸出驅動電路、欠壓封鎖保護、芯片過熱保護等故障輸出電路和限流電路等。MC33035的典型控制功能包括PWM速度控制、使能控制(啟動或停止)、正反轉控制、相位選擇和制動控制等。
芯片功能引腳定義如表1所列。
SA、SB、SC為霍爾信號輸入端，內部上拉20 kΩ電阻，外接霍爾傳感器即可。Fwd／Rew、Brake、Output Enable和60°／120°Select分別為方向、制動、使能和霍爾相位控制端口，內部上拉40 kΩ電阻，MCU控制端只要通過光耦或者三極管開漏接地即可進行控制。
如果不采用IC內置的硬件速度環，則將PIN12、13短接，通過PIN11端口輸入PWM即可對電機進行調節控制。如果采用IC內置的硬件速度環則將PIN12、13通過R、C連接，通過PIN11端口輸入PWM進行電機控制，HALL換向反饋信號通過PIN12端口輸入。
2 基于MC33035的直流無刷電機控制驅動電路設計
在本設計中主控制器以Freescale公司的基于PowerPC構架的32位處理器MPC5604P為例，MPC5604P控制端口通過比較器和MC33035接口，設計了基于MC33035直流無刷電機控制驅動電路。
傳統的直流無刷電機控制驅動電路采用MPC5604P、預驅動IC和MOSFET實現，其中包括電壓泵即自舉電路。本設計是基于直流無刷電機控制芯片MC33035實現的，MC33035實現預驅動和電子自動換向功能，采用MC33035實現直流無刷電機的控制驅動電路，既簡化了電路設計，同時也減輕了MPC5604P的運算量。MPC5604P和MC33035之間通過光耦或者比較器實現電平轉換。本設計采用LM339比較器開漏輸出實現MPC5604P對MC33035的開關控制，電路設計原理包括4部分。其中基于MC33035的直流無刷電機驅動控制電路原理圖如圖1所示。電流采集芯片AD8210可使反饋的電流模擬信號直接輸入MPC5604P的A／D引腳，其中R2為3 W／5 mΩ的電流采樣電阻，R1和C1組成了MC33035的外部時鐘輸入電路。可以通過調節R和C的值來設定RC振蕩器頻率。MC33035的Reternce Output提供約6．25 V的輸出電壓，可以為霍爾傳感器供電。SA、SB、SC為霍爾輸入信號，內部已經連接20 kΩ上拉電阻，所以只需外接霍爾傳感器即可。
電平轉換電路如圖2所示。一路霍爾信號HALL_A經過比較器LM339轉換為0～5 V的脈沖信號到MPC5604P，用于電機故障自檢和電機轉速計算；另外，MC33035的方向和使能控制端由MPC5604P通過比較器LM339進行隔離和控制。DIRMCU和ENABLEMCU的I／O輸出電平與4．5 V的參考電平比較，實現對MC33035的DIR和ENABLE端口的開漏控制。
MC33035、LM339、ADS210YRZ和MPC5604P的連接電路如圖3所示。MPC5604P通過PWM輸出控制MC33035下背管控制端占空比，從而實現對電機的轉速和輸出扭矩的控制。MPC5604P通過28引腳A／D端口輸入的電流反饋信號計算電機實際電流，進而和目標電流比較實現電流環的PI調節。
3 基于M033035的電機驅動控制程序設計
本設計使用了MPC5604P的4個信號引腳，開發和編譯環境為CodeWarrior for MPC55xx V2．3，涮試下載工具為USB PowerPC Nexus Mul tilink調試器。
3．1 控制引腳初始化
ENABLE_MCU和DIR_MCU控制引腳的初始化，通過配置SIU．PCR[5]、SIU．PCR[9]寄存器將PIN8、PIN94引腳配置為I／O輸出引腳，即SI U．PCR[5]．R=0x0202和SIU．PCR[9]．R=0x0202。通過賦值操作SIU．GPDO[5]．R=0／1和SIU．GPDO[9]．R=0／1，即可使對應的控制引腳輸出高／低電平。
3．2 PWM初始化配置
PWM輸出引腳的初始化配置，第一步通過配置PSMI寄存器將flexpwm0 A[0]分配到PIN53引腳，配置如下：
SIU．PSMI[20]．B．PADSEL=1；
第二步通過SIU．PCR寄存器的配置將PINS3多功能引腳配置為PWM輸出，配置如下：
SIU．PCR[58]．R=0x0600；／／PIN53引腳的交互模式1 FL
下面為flexpwmx模塊的初始化：
通過調用函數FlexPWM_Init(0)即可將本設計中使用的flexpwm0模塊初始化。接下來使能PWMA，B輸出配置如下：
在控制程序中通過以下函數調用、配置數據重載、PWM輸出和MC33035使能即可按設定的方向和占空比驅動電機。
3．3 A／D初始化
首先通過SIU．PCR[33]．R=0x2400操作將PIN28引腳配置為A／D輸入引腳，通過AD8210輸出的模擬信號CURRENT間接算出通過電機的電流。本設計中使用了MPC5604P片內ADC0模塊的AN[2]通道，初始化配置如下：
在本設計中通過ADC1的1路硬件監控電路對每次A／D采集的值和預先設置的值進行比較，當采集的值超出通過ADC_0．THRHLR0．R設定的上下限時將產生中斷，通過中斷服務程序將MOTOR_CON輸出低電平使驅動IC進入Sleep模式即可實現過流保護。初始化和中斷服務函數注冊如下：
在SIR服務函數中，通過“SIU．GPDO[44]．R=0”語句即可關閉驅動IC。接下來通過發送A／D通道轉換命令并查詢狀態標志位，當轉換完畢即可通過讀取ADC_0．CDR[0]．B．CDATA寄存器得到采集的電壓值，并通過公式IL=Vout／20／R15計算得到通過電機的電流，從而實現電機的電流閉環控制。
3．4 eTimer的初始化
首先進行賦值操作SIU．PSMI[8]．R=0和SIU．PCR[44]．R=0x0900；將eTimer0 ECT[5]分配到PIN56引腳，并配置為eTimer輸入功能。然后將eTimer0 ECT[5]初始化為輸入計數功能，分別為周期法和頻率法并配合PIT定時計數器實現電機轉速的計算和自檢。
頻率法計數初始化代碼如下：
頻率法計數需要借助于PIT定時器，通過在設定時間內讀取脈沖數計算電機轉速。該方法適用于電機空載時電機轉速計算。
周期法計數初始化代碼如下：
其中周期法對應計數通道中斷初始化代碼如下：
INTC_InstallINTCInterruptHandler(ISR_Pulse_Count，162，6)；
當一個脈沖周期中斷發生時讀取脈沖周期定時器計數值即可計算出電機轉速。該方法適用于電機負載時電機轉速計算。
結語
本文介紹了基于MC33035的直流無刷電機控制驅動電路典型設計，外同電路少，無需采用單片機實現電機換向，既簡化了電路設計、又減輕了MPC5604P運算負擔，也不需要預驅動電路和電壓泵自舉電路。該電路具有設計簡單、控制方便等優點而得到廣泛應用。
