無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機控制的簡(jiǎn)易方法

無(wú)刷直流電機具有體積小、重量輕、維護方便、高效節能、易于控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。傳統的無(wú)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(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機成為理想選擇，并具有廣闊的發(fā)展前景，但它的控制電路相當復雜。M L4428控制芯片的出現，簡(jiǎn)化了控制電路的設計，該芯片內部含有反電勢檢測電路、起動(dòng)換向邏輯電路和保護電路，使控制器芯片只需外接少量的阻容元件就可以實(shí)現對直流無(wú)刷電動(dòng)機的控制。

2.M L4428原理圖及功能實(shí)現

M L4428電機控制器不用霍爾傳感器就可為Y形無(wú)刷直流電機(BLDC)提供起動(dòng)和調速所需的各種功能。它采用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(huán)技術(shù)，從電機線(xiàn)圈檢測反電勢，確定換向次序采用專(zhuān)門(mén)的反電勢檢測技術(shù)，可實(shí)現三相無(wú)刷直流換向且不受噪聲及電機緩沖電路的影響采用了檢查轉子位置并準確對電機加速的起動(dòng)技術(shù)，確保起動(dòng)時(shí)電機不會(huì )反轉并可縮短起動(dòng)時(shí)間。

2. 1反電勢檢測信號的獲得

無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機的控制與有位置傳感器無(wú)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(diǎn)。當永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機運轉時(shí)，各相繞組的反電動(dòng)勢(EM F )與轉子位置密切相關(guān)。由于各相繞組是交替導通工作的，在某相不導通的時(shí)刻，其反電動(dòng)勢波形的某些特殊點(diǎn)，可代替轉子位置傳感器的功能，得到所需要的信息。

由于對于單相反電動(dòng)勢波形圖，反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)延時(shí)30°處對應繞組的換向信號，找出反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)，即反電動(dòng)勢檢測的任務(wù)[2 ].基于這一原理，在該芯片內設計了一個(gè)獨特的反電勢檢測電路(見(jiàn)圖2)，由于有了中點(diǎn)模擬電路，不需從電機三相繞組中引出中線(xiàn)[1 ].其中多路轉換器開(kāi)關(guān)依次接入產(chǎn)生反電動(dòng)勢的繞組，比較中點(diǎn)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(diǎn)即反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)。這兩路輸出通過(guò)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，換向頻率與采樣反電勢相位比較，落后的換向使誤差放大器向環(huán)路濾波器充電，從而增大輸入。相反，提早換向將會(huì )引起環(huán)路濾波器上電容放電，使VCO輸入減少。利用此鎖相環(huán)技術(shù)，獲得適當的換向時(shí)刻。此外，從RC腳取出的信號是代表電動(dòng)機速度的電壓信號，可用于閉環(huán)速度控制。速度的頻率信號可由監視V CO的輸出來(lái)得到，它是鎖相環(huán)鎖定到電機準確的換向頻率的信號。2. 3閉環(huán)調速系統

內部的調速系統是典型的直流電機PWM雙閉環(huán)調速系統，如圖4所示，在系統中設置兩個(gè)調節器，分別調節轉速和電流，二者之間實(shí)行串級聯(lián)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(kāi)關(guān)器件。這樣組成的雙閉環(huán)系統，在突加給定的過(guò)渡過(guò)程中表現為一個(gè)恒值電流調節系統，在穩態(tài)和接近穩態(tài)運行中又表現為無(wú)靜差調速系統，即發(fā)揮了轉速和電流兩個(gè)調節器各自的作用，又避免了像單環(huán)系統那樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

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(guò)R得到與無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機控制的簡(jiǎn)易方法雍愛(ài)霞孫佩石電動(dòng)機繞組電流成正比例的電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器(該濾波器能濾除觸發(fā)單穩電路的噪聲尖峰電流，一般選樣在時(shí)間常數300ns以?xún)?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的二極管，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于比較器負端電壓時(shí)，單穩態(tài)電路被觸發(fā)，關(guān)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，在電源低于時(shí)， 6個(gè)輸出驅動(dòng)器將全部關(guān)斷。

3結語(yǔ)

采用控制器芯片，簡(jiǎn)化了無(wú)刷直流電動(dòng)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(huán)調速系統的性能也將得到改善，采用該控制器芯片，解決了利用反電勢檢測實(shí)現換向及低速時(shí)開(kāi)環(huán)起動(dòng)這一難題，實(shí)驗證明，該控制系統結構簡(jiǎn)單，功能齊全，提高了系統的可靠性。該方法對直流無(wú)刷電動(dòng)機的廣泛應用具有重要的實(shí)際意義。

2. 2起動(dòng)換向技術(shù)

換向是由反電勢信號采樣檢出經(jīng)鎖相環(huán)控制而完成的，在電機靜止及低速運行時(shí)，其反電勢為零或極低，無(wú)法檢測，因此必須由其它方法開(kāi)環(huán)起動(dòng)，到產(chǎn)生足夠大的反電勢方能進(jìn)入正常換向。

控制芯片提供了完滿(mǎn)的起動(dòng)換向技術(shù)： M L 4428內部有一個(gè)RUN比較器(見(jiàn)圖1)，腳電壓信號代表了電動(dòng)機的速度信號，起動(dòng)腳電壓低于0. 6V， RU N比較器輸出開(kāi)啟起動(dòng)邏輯電路，關(guān)閉換向邏輯電路， M L4428將發(fā)出6個(gè)取樣來(lái)測定轉子位置，并驅動(dòng)相應的線(xiàn)圈以產(chǎn)生所需轉動(dòng)，這將導致電機加速直到RC腳電壓達到0. 6V，速度足夠高產(chǎn)生被檢測的反電勢，此時(shí)RUN比較器輸出關(guān)閉起動(dòng)邏輯電路，允許鎖相環(huán)電路工作開(kāi)始，進(jìn)入正常的換向邏輯工作狀態(tài)，經(jīng)檢測此時(shí)電機速度是電機最大轉速的8.