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无位置传感器与无刷直流电机我们真的陌生吗?

导读: 无刷直流电机具有体积小、重量轻、维护方便、高效节能、易于控制等一系列优点,被广泛应用于各个领域。传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其它位置检测元件作位置传感器,但位置传感器维修困难,且霍尔元件的温度特性不好,导致系统可靠性变差。

 

  无位置传感器无刷直流电机成为理想选择,并具有广阔的发展前景,但它的控制电路相当复杂。ML4428控制芯片的出现,简化了控制电路的设计,该芯片内部含有反电势检测电路、起动换向逻辑电路和保护电路,使控制器芯片只需外接少量的阻容元件就可以实现对直流无刷电动机的控制。

  2.ML4428原理图及功能实现

  ML4428电机控制器不用霍尔传感器就可为Y形无刷直流电机(BLDC)提供起动和调速所需的各种功能。它采用28脚双列表面SOIC封装,它的内部框图如图1所示使用锁相环技术,从电机线圈检测反电势,确定换向次序采用专门的反电势检测技术,可实现三相无刷直流换向且不受噪声及电机缓冲电路的影响采用了检查转子位置并准确对电机加速的起动技术,确保起动时电机不会反转并可缩短起动时间。

  2.1反电势检测信号的获得

  无位置传感器无刷直流电动机的控制与有位置传感器无刷直流电机控制的最根本区别就是利用反电势的波形寻找最佳换向点。当永磁无刷直流电动机运转时,各相绕组的反电动势(EMF)与转子位置密切相关。由于各相绕组是交替导通工作的,在某相不导通的时刻,其反电动势波形的某些特殊点,可代替转子位置传感器的功能,得到所需要的信息。

  由于对于单相反电动势波形图,反电动势过零点延时30°处对应绕组的换向信号,找出反电动势过零点,即反电动势检测的任务[2].基于这一原理,在该芯片内设计了一个独特的反电势检测电路(见图2),由于有了中点模拟电路,不需从电机三相绕组中引出中线[1].其中多路转换器开关依次接入产生反电动势的绕组,比较中点模拟器与多路转换器的输出,可以得出两路输出波形相似,幅度不同,唯一的微电机2001年第34卷第1期(总第期)交叉点即反电动势过零点。这两路输出通过右边的比较器输出为转子当前的相位信号,决定换向频率(VCO)的增减,换向频率与采样反电势相位比较,落后的换向使误差放大器向环路滤波器充电,从而增大输入。相反,提早换向将会引起环路滤波器上电容放电,使VCO输入减少。利用此锁相环技术,获得适当的换向时刻。此外,从RC脚取出的信号是代表电动机速度的电压信号,可用于闭环速度控制。速度的频率信号可由监视VCO的输出来得到,它是锁相环锁定到电机准确的换向频率的信号。2.3闭环调速系统

  内部的调速系统是典型的直流电机PWM双闭环调速系统,如图4所示,在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级联接,即以转速调节器的输出作为电流调节器,再用电流调节器的输出控制开关器件。这样组成的双闭环系统,在突加给定的过渡过程中表现为一个恒值电流调节系统,在稳态和接近稳态运行中又表现为无静差调速系统,即发挥了转速和电流两个调节器各自的作用,又避免了像单环系统那样两种反馈互相牵制的缺陷,从而获得良好的静、动态品质。

  2.4内部保护电路

  ML4428内部具有电流检测和限流功能。外部功率元件MOSFET的源极电流流过R得到与无位置传感器无刷直流电机控制的简易方法雍爱霞孙佩石电动机绕组电流成正比例的电压,经环路滤波器(该滤波器能滤除触发单稳电路的噪声尖峰电流,一般选样在时间常数300ns以内)到电流比较器的正端引脚),比较器的负端有钳位电压为0.5V的二极管,因此可以限制电机定子电路的最大峰值电流当电流检测电路的电压高于比较器负端电压时,单稳态电路被触发,关断输出MOSFET,电流下降,直至单稳电流被复位。

  ML4428正常电源供给为12V,在电源低于时,6个输出驱动器将全部关断。

  3结语

  采用控制器芯片,简化了无刷直流电动机的控制,它不仅具有良好的限流和保护功能,而且用ML4428构成的双闭环调速系统的性能也将得到改善,采用该控制器芯片,解决了利用反电势检测实现换向及低速时开环起动这一难题,实验证明,该控制系统结构简单,功能齐全,提高了系统的可靠性。该方法对直流无刷电动机的广泛应用具有重要的实际意义。

  2.2起动换向技术

  换向是由反电势信号采样检出经锁相环控制而完成的,在电机静止及低速运行时,其反电势为零或极低,无法检测,因此必须由其它方法开环起动,到产生足够大的反电势方能进入正常换向。

  控制芯片提供了完满的起动换向技术:ML4428内部有一个RUN比较器(见图1),脚电压信号代表了电动机的速度信号,起动脚电压低于0.6V,RUN比较器输出开启起动逻辑电路,关闭换向逻辑电路,ML4428将发出6个取样来测定转子位置,并驱动相应的线圈以产生所需转动,这将导致电机加速直到RC脚电压达到0.6V,速度足够高产生被检测的反电势,此时RUN比较器输出关闭起动逻辑电路,允许锁相环电路工作开始,进入正常的换向逻辑工作状态,经检测此时电机速度是电机最大转速的8倍.
 

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