無位置傳感器無刷直流電機控制的簡易方法

2020-11-21 電子產品世界

無刷直流電機具有體積小、重量輕、維護方便、高效節能、易於控制等一系列優點，被廣泛應用於各個領域。傳統的無刷直流電機大多以霍爾元件或其它位置檢測元件作位置傳感器，但位置傳感器維修困難，且霍爾元件的溫度特性不好，導致系統可靠性變差。因此，無位置傳感器無刷直流電機成為理想選擇，並具有廣闊的發展前景，但它的控制電路相當複雜。M L4428控制晶片的出現，簡化了控制電路的設計，該晶片內部含有反電勢檢測電路、起動換向邏輯電路和保護電路，使控制器晶片只需外接少量的阻容元件就可以實現對直流無刷電動機的控制。

2.M L4428原理圖及功能實現

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329780.htm

M L4428電機控制器不用霍爾傳感器就可為Y形無刷直流電機(BLDC)提供起動和調速所需的各種功能。它採用28腳雙列表面SO IC封裝，它的內部框圖如圖1所示使用鎖相環技術，從電機線圈檢測反電勢，確定換向次序採用專門的反電勢檢測技術，可實現三相無刷直流換向且不受噪聲及電機緩衝電路的影響採用了檢查轉子位置並準確對電機加速的起動技術，確保起動時電機不會反轉並可縮短起動時間。

2. 1反電勢檢測信號的獲得

無位置傳感器無刷直流電動機的控制與有位置傳感器無刷直流電機控制的最根本區別就是利用反電勢的波形尋找最佳換向點。當永磁無刷直流電動機運轉時，各相繞組的反電動勢(EM F )與轉子位置密切相關。由於各相繞組是交替導通工作的，在某相不導通的時刻，其反電動勢波形的某些特殊點，可代替轉子位置傳感器的功能，得到所需要的信息。

由於對於單相反電動勢波形圖，反電動勢過零點延時30°處對應繞組的換向信號，找出反電動勢過零點，即反電動勢檢測的任務[2 ].基於這一原理，在該晶片內設計了一個獨特的反電勢檢測電路(見圖2)，由於有了中點模擬電路，不需從電機三相繞組中引出中線[1 ].其中多路轉換器開關依次接入產生反電動勢的繞組，比較中點模擬器與多路轉換器的輸出，可以得出兩路輸出波形相似，幅度不同，唯一的微電機2001年第34卷第1期(總第期)交叉點即反電動勢過零點。這兩路輸出通過右邊的比較器輸出為轉子當前的相位信號，決定換向頻率(V CO )的增減，換向頻率與採樣反電勢相位比較，落後的換向使誤差放大器向環路濾波器充電，從而增大輸入。相反，提早換向將會引起環路濾波器上電容放電，使VCO輸入減少。利用此鎖相環技術，獲得適當的換向時刻。此外，從RC腳取出的信號是代表電動機速度的電壓信號，可用於閉環速度控制。速度的頻率信號可由監視V CO的輸出來得到，它是鎖相環鎖定到電機準確的換向頻率的信號。2. 3閉環調速系統

內部的調速系統是典型的直流電機PWM雙閉環調速系統，如圖4所示，在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，二者之間實行串級聯接，即以轉速調節器的輸出作為電流調節器，再用電流調節器的輸出控制開關器件。這樣組成的雙閉環系統，在突加給定的過渡過程中表現為一個恆值電流調節系統，在穩態和接近穩態運行中又表現為無靜差調速系統，即發揮了轉速和電流兩個調節器各自的作用，又避免了像單環系統那樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得良好的靜、動態品質。

2. 4內部保護電路

M L 4428內部具有電流檢測和限流功能。外部功率元件M O SFET的源極電流流過R得到與無位置傳感器無刷直流電機控制的簡易方法雍愛霞孫佩石電動機繞組電流成正比例的電壓，經環路濾波器(該濾波器能濾除觸發單穩電路的噪聲尖峰電流，一般選樣在時間常數300ns以內)到電流比較器的正端引腳)，比較器的負端有鉗位電壓為0. 5V的二極體，因此可以限制電機定子電路的最大峰值電流當電流檢測電路的電壓高於比較器負端電壓時，單穩態電路被觸發，關斷輸出M O SFET，電流下降，直至單穩電流被復位。

M L4428正常電源供給為 12V，在電源低於時， 6個輸出驅動器將全部關斷。

3結語

採用控制器晶片，簡化了無刷直流電動機的控制，它不僅具有良好的限流和保護功能，而且用M L 4428構成的雙閉環調速系統的性能也將得到改善，採用該控制器晶片，解決了利用反電勢檢測實現換向及低速時開環起動這一難題，實驗證明，該控制系統結構簡單，功能齊全，提高了系統的可靠性。該方法對直流無刷電動機的廣泛應用具有重要的實際意義。

2. 2起動換向技術

換向是由反電勢信號採樣檢出經鎖相環控制而完成的，在電機靜止及低速運行時，其反電勢為零或極低，無法檢測，因此必須由其它方法開環起動，到產生足夠大的反電勢方能進入正常換向。

控制晶片提供了完滿的起動換向技術： M L 4428內部有一個RUN比較器(見圖1)，腳電壓信號代表了電動機的速度信號，起動腳電壓低於0. 6V， RU N比較器輸出開啟起動邏輯電路，關閉換向邏輯電路， M L4428將發出6個取樣來測定轉子位置，並驅動相應的線圈以產生所需轉動，這將導致電機加速直到RC腳電壓達到0. 6V，速度足夠高產生被檢測的反電勢，此時RUN比較器輸出關閉起動邏輯電路，允許鎖相環電路工作開始，進入正常的換向邏輯工作狀態，經檢測此時電機速度是電機最大轉速的8.

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