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当进行无刷直流电机控制时，STM32 MCU高级控制定时器T1产生6路PWM波形来控制6个功率电子开关（MOSFET或IGBT管）的动作，以实现换相。STM32 MCU产生的6路PWM信号电压、电流较小，无法驱动功率逻辑电路，这就需要在PWM信号与功率电子开关之间增加驱动电路。在这里选用了3个集成化的MOSFET驱动芯片IR2103，IR2103支持3.3V逻辑信号，这与我们的主控制芯片相符，它的主要性能指标如下：
(1)高端悬浮驱动器通过自举电容和二极管提供充电电压，可工作于600V的高压条件下，具有较强的抗
dvdt噪声干扰能力；
(2)电源电压10-20V,本文通过将24V直流电源变压得到12V电压给IR2103供电；
(3)输出的栅极驱动电压在12V左右；
(4)高/低端栅极驱动器均具有适应可控式延迟时间和内部设置式死区时间； (5)高/低端栅极驱动器均具有130mA/270mA的输出/吸收驱动能力[19]。
功率电子开关我们选用60N06型MOS管，该型号MOS管具有稳定的关闭特性、
快速的开关性能和低的热阻抗，具有良好的开关性能。其栅源电压VGS额定值是10V，正好可以由IR2103驱动；其支持的最大漏源电压VDS为60V，远大于无刷电机的24V额定电压，并且在漏源电压VDS为25V时具有最佳的开关性能，因此完全可以作为无刷电机的功率电子开关[34]。
6路PWM输出驱动与逆变电路如图3.7所示，其中CH1、CH1N分别与主控制
芯片的TIM1_CH1和TIM1_CH1N引脚相连，CH2、CH2N分别与主控制芯片的TIM1_CH2、TIM1_CH2N引脚相连，CH3、CH3N分别与主控制芯片的TIM1_CH3、TIM1_CH3N引脚相连。而U、V、W分别与无刷直流电机的三相线圈引出端相连。 3.5.2 HALL传感器转子位置检测电路
STM32 MCU通过高级控制定时器T1产生6路PWM信号来驱动电机，另外其他
几个通用定时器（在这里选择了T3）均可以作为“接口定时器”来连接霍尔传感器。通用定时器的三个输入脚CC1、CC2和CC3（对应TIMx_CH1、TIMx_CH1和TIMx_CH1）通过一个异或门连接到TI1输入通道，等待“接口定时器”捕捉这个
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中断信号[21]。这样，每次任一霍尔传感器输入上发生变化之后“接口定时器”都能捕捉到这个变化信号，产生高级定时器事件，控制电动机换相，并可以此计算出电机的实际速度，与目标速度进行比较后改变高级定时器T1的PWM参数，实现速度闭环调节。
HALL传感器与STM32 MCU的连接非常简单，只要将这三个霍尔传感器反馈引
脚与主控制芯片的TIM3_CH1、TIM3_CH1和TIM3_CH1引脚相连即可。
3.6 电源电路
3.6.1 电源问题研究
任何电子设备都需要电源，而且它质量的好坏直接影响整个电子设备工作的
稳定性。现代电子设备使用的稳压电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源就是其调整管工作在线性放大区的稳压电源，而开关稳压电源的开关管工作在开关状态，既开关管工作在饱和区或截止区两种交互状态。这两种电源各有优缺点。线性稳压电源的输出电压稳定性高，纹波电压小，适合做小功率的精密稳压电源，缺点是必须使用工频变压器，输出功率小，功耗较大，变换效率较低，一般只有35%?60%；使用开关稳压电源可省去工频变压器，最重要的是功耗小，电能转换效率高，一般可以达到70%?90%，同时可以做大功率稳压电源使用，但这种稳压电源的缺点是输出电压稳定性差，波纹电压较大，在使用时，对其本身的抗干扰能力和抑制自身的辐射干扰要求较高，因为开关电源内部的控制电路很容易受到外界的电磁干扰，从而会造成开关电源无法正常工作，故开关电源本身必须要有很强的抗电磁干扰能力。另外，由于开关电源内部含有开关三极管、整流及续流二极管、功率变压器，它们均工作在高电压、大电流和高频状态中，而且工作的电压和电流波形多为方波，由此会产生很强的开关噪声，从而会在开关电源的输入和输出端产生很强的共模和差模传导干扰，或通过电源本身向空间辐射电磁干扰，因此，一般对开关电源的电磁兼容的要求，除了开关电源自身的抗干扰问题外，还有抑制它发射电磁干扰的问题。
以前的电子设备中稳压电源大都由晶体管等分立元件构成，设计复杂，电子
设备的体积大、重量大、成本高，现在研制开发出来的各种集成稳压器，已使电源电路的设计变得很容易了，只需要很少的外围器件就可以构成高效的稳压电源。集成稳压器本身不能产生功率，只是将输入端功率取出传给负载，通过控制
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该功率的大小使输出电压不变。电源的工作方式有线性和开关两种，集成稳压器一样也有线性集成稳压器和开关集成稳压器。本文中采用的都是集成稳压器，不过使用的有线性的，也有开关的。 3.6.2 电源电路设计
考虑到线性稳压电源和开关稳压电源各自的优缺点，本文将二者结合起来，
把单片开关式电源作为前缀稳压器，把线性电源作为后缀稳压器，实现优势互补，构成比较理想的高效率、大功率复合稳压电源。结合现场设备的实际情况和所选器件的类型，系统对供电电源的要求有24V、12V、5V和3.3V。本系统设计的输入电压是24V直流，与现场设备可提供的电压一致，24V电压可以直接用来驱动直流无刷电机，另外经过整流和滤波之后，通过LM2596S-12(如图3.8所示)单片开关降压式DC/DC电源变换器输出12V电压，给IR2103供电，同时将12V电压分别经过单片线性电源变换器LM7805（如图3.9所示）和开关电源变换器LM2596S-3.3（如图3.10所示）向系统提供5V和3.3V电压。由上可知，本文中使用的电压都经过了两级以上的逐层降压，这样的多级降压供电方式可以大大降低电源噪声对于系统的干扰，从而提高了系统工作的稳定性。
图3.8 12V电源转换电路原理图
图3.9 5V电源转换电路原理图
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图3.10 3.3V电源转换电路原理图
3.7 电路板抗干扰措施
3.7.1 常用抗干扰方法
常用的硬件抗干扰方法主要有隔离技术、接地技术、去耦技术、滤波技术及
屏蔽技术。
(1)供电系统抗干扰技术：微控制器输入电源与强电驱动电源分开；采用具
有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器，可滤掉高频干扰，安装时外壳要加以屏蔽并使其良好接地，滤波器的输入、输出引线必须相互隔离，以防止感应和辐射耦合，直流输出部分采用大容量电解电容进行平滑滤波；对于功率不大的小型或微型计算机系统，为了抑制电网电压起伏的影响，可设置交流稳压器；采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级稳压；尽量提高接口电源电压，提高接口的抗干扰能力等。
(2)过程通道抗干扰技术：采用光电隔离、继电器隔离、固态继电器隔离等
措施使前后电路隔离，提高抗干扰能力；利用双绞线传输减少电磁感应，抑制噪声干扰；采用隔离放大器对模拟信号进行隔离，提高抗干扰能力；采用滤波电路、单稳电路、触发电路及施密特电路抑制机械触点的抖动，从而抑制噪声干扰；利用压敏及电容吸收电路，抑制由电感性负载启停操作所产生的高频干扰。 3.7.2 PCB抗干扰措施
印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电路元件之间电气连接的重要组
件。在嵌入式控制系统中，它设计的好坏对抗干扰能力影响很大。以下对它的一些常用设计方法和注意事项进行了研究与总结。
(1)电源线和地线的处理
在电源线和地线之间加上去耦电容，根据印制电路板电流的大小，尽量加粗
电源线和地线的宽度，若接地线很细，接地电位会随电流而变化，致使电子设备的定时信号不稳定，抗噪声性能变坏。最好地线比电源线宽，它们之间的关系是：地线>电源线>信号线。通常信号线的宽度在0.2?0.3mm，最精细宽度可达0.05?0.07mm，电源线为1.2?2.5mm。对于数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即用大面积铜层作为一个地网来使用（模拟电路的不能这么使用），因为印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇到耗电多的元件时，因受接地线
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粗细的限制，会在地线的结点上产生较大的电位差，从而引起抗噪声能力下降，若构成闭环回路，则可以缩小电位差值，提高电子设备的抗干扰能力。
当同一块PCB上既有数字电路又有模拟电路时，在布线时要考虑它们之间的
相互干扰的问题，尤其是地线上的干扰。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强。对于高频的信号线要尽可能远离敏感的模拟电路器件；对地线来说，要尽可能将数字地与模拟地分开，并分别与电源的地线端连接，或者在它们之间加上感性元件将它们隔离，如电感。
在低频电路中要尽量采用单点接地，高频电路宜采用多点串联接地。因为在
低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。在高频电路中，信号的工作频率大于10MHz，地线阻抗变得很大，此时应该尽可能降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1MHz?10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地。
(2)去耦电容的配置
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如，在数字电路中，当
电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，常用配置做法如下：电源输入端跨接一个10?100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好；为每个集成电路芯片配置一个0.1uF的瓷片电容器。如果遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4?10个芯片配置一个1?10uF的钽电解电容；对于抗噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入去耦电容；去耦电容的引线不能太长，特别是高频旁路电容不能带引线。
(3)电路板的尺寸及其元器件的布局
印制电路板的大小要适中，过大时，印制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声的
能力下降，成本也高；过小时散热性不好，同时容易受到临近线条的干扰。
印制电路板的器件布局要合理，尽量将模拟电路、数字电路及功率驱动电路
分开，噪声元件与非噪声元件要离得远一些，时钟发生电路、晶振和CPU的时钟输入端要尽量靠近，并远离I/O线及接插件，I/O驱动电路、功率放大器件尽量
