基于MSK4364型驅動(dòng)器的三相無(wú)刷力矩電機驅動(dòng)電路

1 引言
某特殊用途無(wú)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(dòng)電路等均需另行設計，原電機的可用部分只有定子和轉子，用其作為電機并不完整，無(wú)安裝外殼和轉子支撐軸，而且也無(wú)內嵌于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(dòng)電路。

2 無(wú)刷力矩電機驅動(dòng)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(kāi)關(guān)型電路，其動(dòng)作值BOP和返回值BRP相對S極和N極是對稱(chēng)動(dòng)作的，如圖1(c)所示。UGN3175型鎖存型霍爾集成電路是一種對稱(chēng)雙極性開(kāi)關(guān)，其外形、內部電路及輸出特性如圖1所示，它的動(dòng)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(tài)(0N高電平)，當S極逐漸離開(kāi)該IC、磁感應強度為零時(shí)，UGN3175的輸出仍然保持導通狀態(tài)。只有磁場(chǎng)轉變?yōu)镹極并達到BRP值時(shí)，UGN3175輸出才翻轉為截止狀態(tài)(0FF低電平)，這種電路在S-N-S-N交替變化磁場(chǎng)下的輸出波形占空比接近50％，適合于有多極環(huán)形永磁轉子的無(wú)刷直流電動(dòng)機位置檢測。

因定子已經(jīng)成形，霍爾集成電路不能內嵌于對應繞組的定子槽中，實(shí)際使用中對應三相繞組應合理放置3個(gè)霍爾集成電路，如圖2所示。該型無(wú)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(shù)條件中規定A、B、C三相引出線(xiàn)及星形接線(xiàn)的中心點(diǎn)引出線(xiàn)綁扎后于第36槽與l號槽(1號槽對應為A相繞組)之間引出，以此線(xiàn)束結點(diǎn)為定位基準，霍爾集成電路以順時(shí)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于同一極面下。轉子為永磁體，鑲嵌在非導磁材料中，側面磁場(chǎng)極弱，不能觸發(fā)霍爾集成電路動(dòng)作，所以應使UGN3175標志面(標志面感應S極時(shí)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(chǎng)觸發(fā)霍爾集成電路動(dòng)作(VOUT引腳的高低電平變化)產(chǎn)生位置信號。

2.2 MSK4364的功能
MSK4364是M.S.Kennedy公司生產(chǎn)的三相無(wú)刷電機MOSFET橋驅動(dòng)電路，允許電機控制電壓為55 V，輸出電流為5 A。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(huán)力矩控制電路等，原理框圖如圖3所示。

MSK4364的l引腳和2引腳之間可接入阻容網(wǎng)絡(luò )電路以實(shí)現閉環(huán)力矩控制。剎車(chē)控制時(shí)制動(dòng)使能腳6置為高電平，進(jìn)入制動(dòng)操作狀態(tài)，三相橋高端的3個(gè)功率管關(guān)斷，低端的3個(gè)功率管同時(shí)對地導通，電機三相繞組對地短接能耗制動(dòng)使電機迅速停轉。各個(gè)引腳的功能見(jiàn)表1。
2.3 驅動(dòng)電路
如圖4所示，該電路可以實(shí)現三相無(wú)刷力矩電機的驅動(dòng)，并可通過(guò)調節LM117的輸出電壓或RADJ的阻值控制無(wú)刷力矩電機的工作電流。

2.4 布線(xiàn)和安裝中應注意的問(wèn)題
(1)MSK4364的模擬地均應接在GND(11，13)引腳，功率地RTN已于模塊內部連接至GND引腳，因此不能在外部重復連接，以免引起干擾。
(2)應該在V+引腳與RTN引腳之間并接一只470μF以上的電容器，以抑制電子開(kāi)關(guān)高頻開(kāi)斷時(shí)產(chǎn)生的干擾，該電容器應盡可能靠近模塊放置。+15 V與GND引腳間也應并聯(lián)一只10μF的濾波電容器。
(3)所有大電流回路都應盡可能短，并應盡量使用厚覆銅線(xiàn)布線(xiàn)以降低EMI。
(4)接線(xiàn)時(shí)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(guān)系，否則電機不能正常運轉，并會(huì )出現不轉、反轉或強烈震動(dòng)的現象。三路霍爾信號輸入端可加去耦電容器抑制干擾和增加系統穩定性。

3 結束語(yǔ)
采用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(dòng)電路，完全能夠實(shí)現無(wú)刷力矩電機的驅動(dòng)電路。該電路使用在某型力矩電機中，可實(shí)現較寬范圍的力矩電流和轉速調節，經(jīng)實(shí)踐證明，完全能滿(mǎn)足運行要求的相關(guān)技術(shù)指標。