基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機控制

過流保護
電機的過流保護可以保護電路板及電機免于大電流造成的發熱和損壞。過流保護的功能要求快速、準確、靈活。CY8C3866AXI-040片內的模擬模塊可以很好的實現這個功能。圖12為PSoC Creator中過流保護電流的設計：

圖12 Creator中過流保護電路的原理圖設計
CurrIn為采樣電阻上采樣的電流信號，PGA_OC為增益可調的放大器，它將流過采樣電阻上的電流信號進行放大。 VDAC8_OC 為8位的數模轉換信號，它將用戶設置的最大電流閾值轉換為模擬電壓信號。Comp_OC為比較器。比較器的輸出連到PWM模塊的Kill端。這樣，如果實際電流大于所設定的閾值時，比較器信號發生翻轉，PWM輸出即被關斷，實現了硬件保護功能。
PWM被關斷的模式也可以靈活的配置：

圖13 PWM模塊中Kill信號的模式配置
Disabled： Kill信號不起作用
Asynchronous ： 當Kill信號有效時，保持關斷
Single Cycle： Kill信號只在當前PWM周期有效
Latched： Kill信號一經觸發，即使Kill信號恢復，模塊也一直保持關斷
Min-Time： Kill信號有效后，用戶可以設置模塊被關斷的時間周期

速度閉環調節

速度閉環設計可以保證電機速度在負載，電壓等發生變化時，保持速度穩定。最經典的控制方法為PID控制，其公式如下：

其中 為速度誤差， 為積分系數， 為比例系數。
這種為絕對式PID控制，每次計算都把往次的結果累加起來，這增加了CPU的負擔。 而相對式PID則是一種改進的方法：

這種方法只計算輸出量的增量，對于積分環節，也只計算本次的誤差，無需累加計算。這種算法時候與基于微控制器的數字控制系統。
用戶界面
本設計提供了多樣的用戶界面，以方面對電機控制參數的修改，并了解電機的狀態信息。
一種用戶界面是基于LCD面板和電容觸摸按鍵的，LCD面板為顯示接口，電容觸摸按鍵則是用戶輸入接口。電容觸摸按鍵是利用電容感應技術，通過檢測手指與按鈕之間的電容來實現按鍵和旋鈕功能。如圖14所示，BT1和BT2是兩個電容觸摸按鍵，另外還有一個滑條可以動態改變參數：

圖14 電容感應滑條和按鍵
　　此用戶界面的狀態機如下：

　 圖15 用戶界面的狀態機
電機的旋轉方向、最大電流、PID參數都可以借助上述用戶界面來設置。CY8C3866AXI-040　片內的Capsense模塊以及LCD模塊能很方便的完成按鍵掃描已經數據顯示。
另外，本設計還允許用戶通過UART接口由GUI來實現對電機的監控，這里就不做贅述。　
結語
基于PSoC3(CY8C3866AXI-040)的無位置傳感器BLDC電機控制利用片內豐富的資源減少了BLDC無傳感器控制對外部器件的依賴。片內模擬多路選擇器和比較器可以實現在PWM高電平時刻對反電勢信號進行采樣。換相狀態機和過流保護功能完全可由片內硬件模塊完成。此外，該芯片在處理電機控制的同時還具備強大的用戶界面接口功能。