臺灣博碩士論文加值系統

本文目的在於設計無刷馬達用於吊扇的驅動控制，整體系統包括供應電源的設計及馬達驅動控制研究之兩大部分。

供應電源部份是採用返馳式轉換器(Flyback-Converter)為主要架構，因返馳式轉換器比傳統線性穩壓器更有效率且容易達到多組輸出功能設計。所研製的返馳式轉換器是使用峰值電流模式之UC3842類比晶片為控制核心，利用軟體分析與設計補償器，供應馬達控制晶片5V及MOSFET驅動器15V電源。

驅動控制對象為外轉式12槽16極之直流無刷馬達，使用較低解析度的數位型霍爾感測元件偵測馬達轉子位置，配合Microchip系列之16位元數位訊號處理器(dsPIC30F4011)作為控制核心，將轉子位置回授並判斷，先採用六步方波啟動直流無刷馬達後改以弦波脈波寬度調變驅動，加入速度閉迴路與電流閉迴路的比例與積分(PI)控制，使吊扇能夠平順啟動與穩定運轉，並與吊扇使用傳統線性電源作比較，驗證本文在直流無刷馬達驅動控制上是有實現低成本、省電的效果。

The purpose of this paper is to design a brushless motor for the drive control of a ceiling fan. The overall system includes two parts. One is design of the power supply. The other is research of the motor drive control.

The power supply part is based on the flyback-converter as the main structure, becausethe flyback converter is more efficient than the traditional linear regulator and easy to achieve multiple sets of output function design. The developed flyback converter is a UC3842 analog chip using peak current mode as the control core. Exploit simulation software analysis and design compensator, supply a motor control chip 5V and a MOSFET driver 15V power supply.

The drive control object is an externally-rotating 12-slot, 16-pole brushless DC Motor thatuse a lower resolution digital Hall sensor to detect the motor rotor position. The Microchip family of 16-bit digital microcontroller(dsPIC30F4011) is adopted to implement the control functions of the system. Feedback the rotor position and judged. Firstly use six-step function to start the brushless DC Motor, and then change sine wave pulse width modulation(SPWM) to drive brushless DC Motor. So that the ceiling fan can be smoothly started and stable operation, and compared with the performance of the traditional ceiling fan, verify the brushless DC Motor drive control has the effect of low cost, high efficiency and power saving.

摘要...i
Abstract...ii
誌謝...iii
目錄...iv
表目錄...vi
圖目錄...vii
第一章 緒論...1
1.1前言...1
1.2直流無刷馬達簡介...1
1.3吊扇驅動系統及功能介紹...2
1.4本文大綱...3
第二章 吊扇供應電源系統...4
2.1電壓轉換器介紹...5
2.2返馳式轉換器分析...5
2.2.1返馳式轉換器電路架構...5
2.2.2返馳式轉換器操作原理...6
2.2.2.1連續導通模式(CCM)...7
2.2.2.2非連續導通模式(DCM)...9
2.3返馳式轉換器設計...11
2.3.1電源設計規格...11
2.3.2元件設計與選用...11
2.3.2.1一次測激磁電感值設計...11
2.3.2.2功率開關之決定...12
2.3.2.3輸出電容值之決定...12
2.3.2.3輸出二極體之決定...13
2.3.2.4返馳式轉換器元件選用...13
2.3.3 PWM控制器UC3842介紹...14
2.3.4補償器設計...15
2.3.4.1補償器種類介紹...15
2.3.4.2電路穩定性判斷準則...17
2.3.4.3補償器的選用與模擬...18
2.4結語...20
第三章 吊扇馬達驅動系統...21
3.1直流無刷馬達介紹與分析...21
3.1.1直流無刷馬達結構介紹...21
3.1.2直流無刷馬達數學模型...22
3.1.3直流無刷馬達感應電動勢及磁通鏈量測...25
3.2直流無刷馬達驅動控制...28
3.2.1霍爾感測器擺放方式...28
3.2.2六步方波驅動...29
3.2.3弦波脈波寬度調變驅動(SPWM)...31
3.3直流無刷馬達速度與電流閉迴路控制策略...33
3.4直流無刷馬達緩啟動與轉向切換程序...36
3.6結語...37
第四章 實體製作與系統實測...38
4.1硬體電路...38
4.1.1吊扇電源與驅動電路...38
4.1.2數位型霍爾測器電路...39
4.1.3電流偵測電路...39
4.1.4數位訊號系統規劃...40
4.1.5數位訊號處理器介面電路...41
4.2吊扇驅動軟體規劃...43
4.3吊扇電源實測...48
4.3.1不同負載下導通波形圖...48
4.3.2轉換器效率實測...50
4.4吊扇運轉實測...52
4.4.1霍爾感測元件擺放角度驗證...52
4.4.2六步方波驅動實測...53
4.4.3 弦波脈波寬度調變驅動實測...54
4.4.4吊扇功能實測...55
4.5整體系統效率實測...56
4.6結語...56
第五章 結論與未來研究方向...57
5.1結論...57
5.2未來研究方向...57
參考文獻...58
附錄一、程式語言無號數與有號數轉換...59
附錄二、紅外線遙控電路...60
Extended Abstract...61

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