採用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路實現無刷力矩電機驅動電路的設計

2020-11-21 電子發燒友

採用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路實現無刷力矩電機驅動電路的設計

電子設計 發表於 2019-10-24 07:48:00

1、 引言

某特殊用途無刷力矩電機的轉子位置傳感器原為光電傳感器，因為用途改變，其轉子位置傳感器、安裝方式和驅動電路等均需另行設計，原電機的可用部分只有定子和轉子，用其作為電機並不完整，無安裝外殼和轉子支撐軸，而且也無內嵌於電機中的轉子位置傳感器，要使其正常運轉，需要設計安裝外殼、轉子支撐軸，轉子位置傳感器和相應的驅動電路。

2、 無刷力矩電機驅動電路

2.1 UGN3175型轉子位置傳感器及其放置方法

鎖存型霍爾集成電路（磁敏式位置傳感器）是一種開關型電路，其動作值BOP和返回值BRP相對S極和N極是對稱動作的，如圖1（c）所示。UGN3175鎖存型霍爾集成電路是一種對稱雙極性開關，其外形、內部電路及輸出特性如圖1所示，它的動作區在S極，返回區在N極。在S極的某一磁感應強度（≥BOP）下，UGN3175的輸出是導通狀態（ON高電平），當S極逐漸離開該IC、磁感應強度為零時，UGN3175的輸出仍然保持導通狀態。只有磁場轉變為N極並達到BRP值時，UGN3175輸出才翻轉為截止狀態（OFF低電平），這種電路在S-N-S-N交替變化磁場下的輸出波形佔空比接近50%，適合於有多極環形永磁轉子的無刷直流電動機位置檢測。

因定子已經成形，霍爾集成電路不能內嵌於對應繞組的定子槽中，實際使用中對應三相繞組應合理放置3個霍爾集成電路，如圖2所示。該型無刷力矩電機定子分為36槽，每槽對應弧度為10°，定子為12極，每極極面對應槽數為3，電機技術條件中規定A、B、C三相引出線及星形接線的中心點引出線綁紮後於第36槽與1號槽（1號槽對應為A相繞組）之間引出，以此線束結點為定位基準，霍爾集成電路以順時針70°夾角放置可分別對應B、A、C三相繞組，這樣可避免因尺寸所限不能安裝於同一極面下。轉子為永磁體，鑲嵌在非導磁材料中，側面磁場極弱，不能觸發霍爾集成電路動作，所以應使UGN3175標誌面（標誌面感應S極時輸出高電平）正對定子和轉子之間的氣隙漏磁通。由運轉中的轉子上的永磁體磁場觸發霍爾集成電路動作（Vout引腳的高低電平變化）產生位置信號。

2.2 MSK4364的功能

MSK4364是M.S.Kennedy公司生產的三相無刷電機MOSFET橋驅動電路，允許電機控制電壓為55V，輸出電流為5A。內部具有霍爾傳感器信號處理電路、三相MOSFET橋PWM輸出電路及閉環力矩控制電路等，原理框圖如圖3所示。

MSK4364的1引腳和2引腳之間可接入阻容網絡電路以實現閉環力矩控制。剎車控制時制動使能腳6置為高電平，進入制動操作狀態，三相橋高端的3個功率管關斷，低端的3個功率管同時對地導通，電機三相繞組對地短接能耗制動使電機迅速停轉。各個引腳的功能見表1。

2.3 驅動電路

如圖4所示，該電路可以實現三相無刷力矩電機的驅動，並可通過調節LM117的輸出電壓或RADJ的阻值控制無刷力矩電機的工作電流。

（1）MSK4364的模擬地均應接在GND（11，13）引腳，功率地RTN已於模塊內部連接至GND引腳，因此不能在外部重複連接，以免引起幹擾。

（2）應該在V+引腳與RTN引腳之間並接一隻470μF以上的電容器，以抑制電子開關高頻開斷時產生的幹擾，該電容器應儘可能靠近模塊放置。±15V與GND引腳間也應並聯一隻10μF的濾波電容器。

（3）所有大電流迴路都應儘可能短，並應儘量使用厚覆銅線布線以降低EMI。

（4）接線時應使霍爾集成電路ABC三相、電機ABC三相、MSK4364的ABC三相輸出、霍爾信號三相輸入保持正確的對應關係，否則電機不能正常運轉，並會出現不轉、反轉或強烈震動的現象。

三路霍爾信號輸入端可加去耦電容器抑制幹擾和增加系統穩定性。

3 、結束語

採用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路作為轉子位置傳感器，以MSK4364作為位置信號處理和驅動電路，完全能夠實現無刷力矩電機的驅動電路。

該電路使用在某型力矩電機中，可實現較寬範圍的力矩電流和轉速調節，經實踐證明，完全能滿足運行要求的相關技術指標。

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