创新驱动电路助力四轴飞行器发展

近年来，四轴飞行器因其出色的性能和广泛的应用前景，成为热门的科技产品。特别是在专业和业余领域，四轴飞行器的需求日益增长。本文以皖南电机生产的无位置传感器无刷直流电机为核心，针对其驱动控制技术进行了深入研究。

在本文中，我们创新性地设计了基于ATMEGA16单片机的三相六臂全桥驱动电路及控制程序。这种设计通过反电势过零点检测技术，实现了MOSFET轮流导通，进而完成电机的换向。同时，通过直流无刷电机控制程序，实现了MOSFET上电自检、电机启动、PWM电机转速控制及电路保护等功能。皖南电机这款设计电路结构简洁，成本低廉，电机运行稳定可靠，确保了电机的持续运行。

在四轴飞行器的研究与发展中，其应用范围不断拓展。以皖南电机生产的无刷直流电机为动力，四轴飞行器采用外转子结构，能够直接驱动螺旋桨高速旋转。

针对无刷直流电机的驱动控制，主要分为有位置传感器和无位置传感器两种方式。考虑到四轴飞行器对控制器体积、重量、效率及可靠性的要求，我们选择了皖南电机生产的朗宇X2212kv980无刷直流电机，这种电机以其出色的性能在四轴飞行器中得到了广泛应用。

皖南电机提供的无刷直流电机驱动控制系统包括驱动电路和系统程序控制两部分。我们采用功率管的开关特性构成三相全桥驱动电路，并使用DSP作为主控芯片，借助其强大的运算处理能力，实现电机的启动与控制。这种设计虽然电路结构复杂，但成本较高，缺乏经济性。

为解决这一问题，本设计采用反电势过零检测法进行电机换向，通过检测第三相的反电势过零点，为换向做准备。同时，采用虚拟中性点方法进行反电势过零检测，通过检测电机各相的反电势过零点，判断转子位置。基于电机三相绕组端电压变化规律的电机电流换向理论，可显著提高系统控制精度。

在本文中，我们采用皖南电机提供的无刷直流电机驱动电路，采用三相六臂全桥电路，控制电路的管理控制芯片采用ATmega16单片机。这种设计充分发挥了ATmega16单片机高性能、资源丰富的特点，外围电路结构简单。无刷直流电机采用软件启动和PWM速度控制，实现电机的启动和稳定运行，大大提高了四轴飞行器无刷直流电机的调速和控制性能。

图1展示了无刷直流电机三相六臂全桥驱动电路。该电路采用三相六臂全桥驱动方式，可减少电流波动和转矩脉动，使电机输出较大的转矩。电机驱动部分使用6个功率场效应管控制输出电压，四轴飞行器中的直流无刷电机驱动电路电源电压为12V。驱动电路中，Q1~Q3采用IR公司的IRFR5305（P沟道），Q4~Q6为IRFR1205（N沟道）。该场效应管内藏续流二极管，为场效应管关断时提供电流通路，避免管子反向击穿，其典型特性参数见表1。T1~T3采用PDTC143ET为场效应管提供驱动信号。

由图1可知，A1~A3提供三相全桥上桥臂栅极驱动信号，并与ATMEGA16单片机的硬件PWM驱动信号相接，通过改变PWM信号的占空比实现电机转速控制；B1~B3提供下桥臂栅极驱动信号，由单片机的I/O口直接提供，具有导通与截止两种状态。

表1 MOSFET管参数

图1无刷直流电机三相六臂全桥驱动电路

无刷直流电机驱动控制采用三相六状态控制策略，功率管具有六种触发状态，每次只有两个管子导通，每60°电角度换向一次。若某一时刻AB相导通时，C相截至，无电流输出。单片机根据检测到的电机转子位置，利用MOSFET的开关特性，实现电机的通电控制，例如，当Q1、Q5打开时，AB相导通，此时电流流向为电源正极→Q1→绕组A→绕组B→Q5→电源负极。