Onlyisu3.1 系统总体硬件设计
本控制系统采用TMS320F28335为控制核心进行电机控制板的设计，以现成的功率驱动板作为功率放大驱动部分，通过信号接口进行控制。本次设计中应用了ePWM、ADC、SPI、SCI等外设，以及使用GPIO进行驱动模块的风扇、继电器、刹车电阻用的IGBT的通断控制，以及键盘、数码管人机交互的实现。本次设计采用了旋转变压器进行位置信号反馈，通过AD2S90进行位置模拟信号的处理。以下是本次设计的总体设计图，其中DSP28335控制板为本次设计的主要部分。
图3.1 基于DSP28335的永磁同步电动机硬件系统图
3.2 PWM控制电路
本次控制系统采用SVPWM控制方法，PWM由DSP28335的ePWM外设产生，通过74HC245做输出缓冲增强负载能力，驱动功率驱动板上的光耦。功率驱动板采用现成的产品，选用的是IGBT模块7MBR50S120,1200V，50A的PIM。
PWM的输出电路图3.2所示，通过一个PWM1S_ENABLE信号对PWM的输出进行输出或关断，PWM1S_ENABLE信号通过软硬件两个方法对输出进行保护，以保证在错误信号到来时硬件自动关断PWM输出，保护电机和驱动模块。硬件保护电路如图3.3，通过SN74HC74芯片做D触发器，74HC08与门对错误信号，复位信号，软件控制信号进行逻辑处理和判断，对错误信号进行迅速处理。
图3.2 PWM输出缓冲
图3.3 错误信号检测及硬件保护电路
3.3 模拟量输入通道
TMS320F28335的ADC只能对0~3V的模拟信号进行转换。因此必须对功率驱动板反馈回来的电流信号、直流母线电压采集信号进行信号调理。本系统中需要读取的模拟量包括a、b相电流，母线电压值。
3.3.1 A、B相电流信号采集与调理
电流反馈是永磁同步电机控制中的一个重要的环节，本系统中功率驱动板采用采样电阻采样A、B两相的电流，通过A7840隔离放大器对微电压信号进行放大，再通过TL082C运算放大器进一步放大双极性的电压信号，本控制板通过图3.3中的电路对双极性的信号进行变换，变为TMS320F28335可以处理的0~3V的单极性信号。模拟信号采用REF193提供参考电压源，通过固定放大倍数0.2倍的运放IN159做零点平移，并设计了防过压的电路，保证输入DSP的电压不会超过容忍范围。
图3.4 电流信号调理电路
3.3.2 直流母线电压采集与调理
功率驱动板的电源管理部分已对母线电压进行了处理，其范围信号范围在控制在了0~3V之间，可以对其信号进行直接采样，如图3.5所示。
图3.5 直流母线信号调理电路
3.4 旋转变压器信号处理电路
转子位置的检测在电机控制当中起着关键的作用，在电机控制策略当中无论使用无感还是位置传感的方法，都需要获得转子位置信息，才能进行SVPWM的产生。
本设计中所使用的永磁同步电机采用旋转变压器作为转子位置信息的检测单元，通过正弦模拟励磁信号激发，反馈回来两组相位相差90°的正交正余弦信号，通过瞬时信号的检测来判断所在位置。为了把旋转变压器的模拟信号转换为数字信号，本次控制系统采用了AD2S90，AD2S99的芯片组合。由AD2S99产生励磁信号，由AD2S90把正交的正余弦信号进行模拟—数字转换，并通过SPI通信总线发送回DSP。其具体电路如图3.6所示。
图3.6 旋转变压器信号模数转换电路
3.5 数码管显示及键盘电路
数码管显示及键盘输入是系统中一个简单的人机交互的方式，本次设计使用5位数码管与8键键盘，数码管的显示数据通过74HC164移位寄存器做串入并出的处理，以减少I/O口的使用，同时使用I/O口做5位数码管的位选。同时由于控制信号都是输出信号（Output），为了提高驱动力，控制信号采用了74HC245做输出缓冲。数码管显示的主要电路如图3.7所示。
而键盘方面，直接使用8个I/O口做8位键盘的信号读取，八个按键开关直接连接I/O口和地，由DSP作I/O口扫描。
图3.7 数码管显示控制电路
3.6 隔离的RS485接口电路
扩展通信是本次设计的一个主要内容，通过PC机对控制系统进行在线控制，需要使用通信接口。本系统利用DSP的SCI外设，通过隔离的方式进行RS485的工业通讯设计，采用了MAX488作为信号转换芯片，实现全双工的通信功能。通信接口电路如图3.8。
图3.8 带隔离的RS485通信接口电路
3.7 开关量控制信号
本次使用的功率驱动板配有模块散热风扇，继电器，刹车电阻导通等部分的开关量控制信号。其信号通过74HC07做简单的缓冲输出。信号在功率驱动板上通过光耦TLP181进行隔离。
3.8 提高系统抗干扰性能的措施
永磁同步电机的运行状态处在一个电磁干扰较复杂的环境当中，提高控制系统的抗干扰性能对控制的正确性和稳定性起着重要作用。本次硬件控制板采取了一下一些措施来提高其抗干扰的性能。
（1）按功能划分的设计布局。设计当中把模拟部分和数字部分进行了空间上的划分，模拟地与数字地之间只通过磁珠进行连接，尽量避免数字信号与模拟信号之间的相互干扰，提高各种信号的性能。同时每一个功能模块电路都尽量集中在一个区域进行布局，减少了不同功能模块之间的相互干扰。
（2）采用四层板设计。本次硬件系统设计采用四层板设计，中间两层分别为地和5V电源，即内电层，提高了系统对外界的抗干扰能力。
（3）避免环形电路，不同的层之间尽量采用相互正交的布线方式，减少寄生效应。
（4）采用旁路去耦电容。每一个器件都使用了参考值为0.1μF的旁路电容进行去耦，提高器件的电源质量。
（5）由于控制接口到功率模块的走线距离不宜过长，在设计的时候连接线都尽量缩短距离，PWM的走线的距离尽量保持相当的距离，以提高控制质量。
