無(wú)刷直流電機控制器MC33035的原理及應用

關(guān)鍵詞：無(wú)刷 直流電機 控制 MC33035

1 概述

MC33035無(wú)刷直流電機控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下保證高品質(zhì)和高穩定性。該控制器內含可用于正確整流時(shí)序的轉子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進(jìn)行補償的參考電平，同時(shí)它還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號放大器、一個(gè)脈沖調制器比較器、三個(gè)集電極開(kāi)路頂端驅動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用于驅動(dòng)功率場(chǎng)效應管（MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外，MC33035還有欠鎖定功能，同時(shí)帶有可選時(shí)間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及內部熱關(guān)斷等特性。其典型的電機控制功能包括開(kāi)環(huán)速度、正向或反向、以及運行使能等。

2 管腳排列及功能定義

MC33035的管腳排列如圖1所示，各引腳功能定義見(jiàn)表1。

表1 MC33035的管腳功能定義定

表2 三相六步換向器真值表

3 工作原理

MC33035的內部結構框圖如圖2所示。

圖2 MC33035的內部結構框圖

MC33035內部的轉子位置譯碼器主要用于監控三個(gè)傳感器輸入，以便系統能夠正確提供高端和低端驅動(dòng)輸入的正確時(shí)序。傳感器輸入可直接與集電極開(kāi)路型霍爾效應開(kāi)關(guān)或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內含上拉電阻，其輸入與門(mén)限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制的三相電機可在最常見(jiàn)的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感器相位電機。其三個(gè)傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉子位置，另外兩種編碼組合無(wú)效。通過(guò)六個(gè)有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口內分辨出電機轉子的位置。表2所列是其真值表。

MC33035直流無(wú)刷電機控制器的正向/反向輸出可通過(guò)翻轉定子繞組上的電壓來(lái)改變電機轉向。當輸入狀態(tài)改變時(shí)，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?，從而改變整流時(shí)序，以使電機改變旋轉方向。

電機通/斷控制可由輸出使能來(lái)實(shí)現，當該管腳開(kāi)路時(shí)，連接到正電源的內置上拉電阻將會(huì )啟動(dòng)頂部和底部驅動(dòng)輸出時(shí)序。而當該腳接地時(shí)，頂端驅動(dòng)輸出將關(guān)閉，并將底部驅動(dòng)強制為低，從而使電動(dòng)機停轉。

MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調制、電流限制電路、片內電壓參考、欠壓鎖定電路、驅動(dòng)輸出電路以及熱關(guān)斷等電路的工作原理及操作方法與其它同類(lèi)芯片的方法基本類(lèi)似，這里不多述。

圖3 三相六步全波電機控制電路

4 實(shí)際控制電路

4.1 三相六步電機控制電路

圖3所示的三相應用電路是具有全波六步驅動(dòng)的一個(gè)開(kāi)環(huán)電機控制器的電路連接圖。其中的功率開(kāi)關(guān)三極管為達林頓PNP型，下部的功率開(kāi)關(guān)三極管為N溝道功率MOSFET。由于每個(gè)器件均含有一個(gè)寄生箝位二極管，因而可以將定子電感能量返回的電源。其輸出能驅動(dòng)三角型連接或星型連接的定子，如果使用分離電源，也能驅動(dòng)中線(xiàn)接地的Y型連接。

在任意給定的轉子位置，圖3所示的電路中都僅有一個(gè)頂部和底部功率開(kāi)關(guān)（屬于不同的圖騰柱）有效。因此，通過(guò)合理配置可使定子繞組的兩端從電源切換到地，并可使電流為雙向或全波。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現，并會(huì )導致限流錯誤。因此，可通過(guò)在電流檢測輸入處串聯(lián)一個(gè)RC濾波器來(lái)抑制類(lèi)峰。同時(shí),Rs采用低感型電阻也有助于減小尖峰。

4.2 有刷電機控制電路

雖然MC33035是專(zhuān)為控制無(wú)刷直流電機而設計的，但它也可以用來(lái)控制直流有刷型電機。圖4所示就是一個(gè)使用MC33035來(lái)控制直流有刷型電機的典型應用電路實(shí)例。

圖4中，MC33035通過(guò)驅動(dòng)一個(gè)H型電四橋可用最少的器件來(lái)控制一個(gè)有刷電機。該控制的關(guān)鍵在于：要將輸入傳感器編碼為100，同時(shí)，在控制器正向/反向管腳為邏輯電平1時(shí)，還應產(chǎn)生一個(gè)頂部到左Q1和底部到右Q3的驅動(dòng)信號，而當正向/反向管腳的邏輯電平為時(shí)，則應產(chǎn)生頂部到右Q4和底部到左Q2的驅動(dòng)。該編碼可以保證H型驅動(dòng)同時(shí)滿(mǎn)足方向和速度控制的要求。該控制器可在大約25kHz的脈寬調制頻率下正常工作。電機速度的控制可通過(guò)調節誤差放大器同相輸入端的電壓來(lái)輸入。而電機電流的逐周限流則可由檢測H型電橋電機電流并通過(guò)電阻Rs到地之間所產(chǎn)生的電壓（100mV門(mén)限）來(lái)實(shí)現。由于利用過(guò)流檢測電路可改變電機轉向，因此，在工作時(shí)，使用正常的正向/反向切換不需要在變向前完全停止。

圖4 H型電機有刷型控制器電路

4.3 布線(xiàn)注意事項

在布線(xiàn)時(shí)，不要在繞接或插入式樣機板上構建任何電機控制電路，采用高頻印制電路布線(xiàn)對防止脈沖抖動(dòng)極為重要。通常由于在電流檢測傳感器或誤差信號放大器輸入端有過(guò)量噪聲。因此，印制電路布局應該具有一個(gè)小電流信號和高驅動(dòng)輸出緩沖地的接地面，并應通過(guò)分開(kāi)的通路返回到電源輸入濾波器電容上。在VCC、Vref和誤差放大器同向輸入端，是否需要在靠近集成電路的地方接一個(gè)瓷介電容（0.01μF），可視電路布局而定。但所有的大電流回路都應盡可能短，并應盡量使用粗銅線(xiàn)走線(xiàn)以降低EMI輻射。