无传感器的直流无刷电机控制器ML4435及其应用

2011-05-20 00:15:25来源: 互联网

摘要:ML4435脉宽调制式电动机控制器,为起动和控制△接或Y接绕组的直流无刷(LBDC)电机速度(无霍尔效应传感器)提供了所有必要的功能。从电机绕组传感的反电势电压,经锁相环可确定恰当的换向相位时序。

关键词:三相直流无刷电机;无传感器;反电势取样器

Sensorless BLDC Motor Controller ML4435 and Its Applications

LIU Sheng-li, LIU Ning-ning

Abstract:The ML4435 PWM motor controller provides all of the function necessary for starting and controlling the speed of delta or wye wound brushless DC motors without Hall Effect sensors.Back EMF voltage is sensed from motor windings to determin the proper commutation phas sequence using a phase locked loop(PLL).

Keywords:Three-phase BLDC motors;Sensorless;Back EMF sampler 

    ML4435是2001年3月最新推出的电机控制器专用IC,属于无传感器型、直流无刷(BLDC)电动机控制系统,它比ML4425/ML4426有新的改进和简化,外部引脚从28个减少到了20个,同样集成了所有必要的自动检测和控制功能。图1是ML4435的外形引脚图,图2是它的内部功能方框。


图1   ML4435外 形 引 脚 图


图2   电 机 控 制 器ML4435内 部 功 能 方 框 图 ( 原 图 , 未 做 标 准 化 处 理 )

1   ML4435的主要特性及性能

    ML4435的主要特性如下:

    ——专有的反电势传感换向技术,以实现无霍尔效应传感器的电机通信;

    ——PWM逐个脉冲式电流限制,可保护电机和MOSFET驱动器;

    ——可单台工作;——软起动功能可限制起动电流;

    ——脉宽调制PWM速度控制可提高效率,并尽量减小MOSFET尺寸;

    ——机载欠压闭锁和断电检测;

    ——电机的转速输出传感换向。

    ML4435为三相直流无刷电机无传感器型速度控制提供了所有的电路。控制功能包括:起动电路、反电势换向控制、脉宽调制PWM速度控制、逐个脉冲式电流限制、电机的惯性跟踪、欠压保护。

    电机的起动是通过电机换向来完成的,它在低频下产生低速运动。低速运动用以产生一个反电势信号。反电势取样电路自动跟踪电机的位置,并由一个锁相环(PLL)控制换向时间。换向控制电路还输出一个速度反馈信号,用于速度控制环。速度控制环由误差放大器和PWM比较器组成,它产生一个PWM占空比作速度调节控制。

    电机的电流受限于逐个脉冲式PWM关闭比较器,它由外部电流传感电阻器两端的电压来关闭。换向控制、PWM速度控制和电流限制综合产生输出驱动器信号。六路输出驱动器用于提供栅极信号给外部三相桥功率级,以适应LBDC直流无刷电机的电压和电流的要求。

    附加的功能包括:电机的惯性跟踪功能与欠压闭锁输出电路,一旦加到ML4435的电压VCC过低时,可关闭输出驱动器。ML4435的各引脚功能见表1,主要电气参数见表2。

表2   ML4435的主要电气参数

〔除另有说明外,Ta为工作温度范围,VCC=(1±10%)12V,RT=50kΩ〕

 

符号 参数 条件 最小 典型 最大 单位

基准电压

RT     5.8 6 6.2 V
VCO
RVCO 偏低范围时     0.2   V
偏高范围时     6   V
CVCO 较低门限电平     2   V
较高门限电平     3.75   V
跟踪启动门限电平     1.5   V
  反电势消隐门限电平     2.875   V

速度反馈

  输出范围   0   6.7 V
  最低频率电压 速度反馈电压   0.9   V
  输出失效门限电平 TACH输出=高   0.97   V
  反电势取样器电流 速度反馈电压=3.3V   ±80   μA

反电势传感

  反馈输入范围 FBA,FBB和FBC 0   VCC V

TACH

  TACH输出低电平 ISINK=100μA   0.2 0.4 V
  TACH输出高电平 ISOURCE=100μA 4.3 4.8   V

速度误差放大器

  速度设定范围   0   6 V
  速度比较电流 速度比较电压=5.1V   ±45   μA
  速度比较输出较低箝位 I=±45μA   2.15   V
  速度比较输出较高箝位 I=±45μA   8.2   V

振荡器

  PWM频率 N1,N2,N3 17 25 33 kHz
  占空比 N1,N2,N3 0   100

电流传感

  软起动电压   0.48 0.58 0.68 V
ISENSE 门限电平     0.58   V

输出(N1,N2,N3,P1,P2,P3)

  输出低电平 ISINK=20mA 0 0.5 1 V
  输出高电平(VCC-Vout) ISOURCE=20mA 0 0.5 1 V

欠压锁定

  起动门限电平   8.7 9.2 9.7 V
  欠压门限电平   8.2 8.7 9.2 V

电源

ICC 电源电流     15   mA

表1   ML4435引脚功能

引脚 符号 功能
1 ISENSE 电机电流传感输入端,当Isense超过0?55V时,它触发逐个脉冲式电流限制
2 TACH 当SPEEDFB大于0?97V时,每个换向周期时钟输出6个脉冲,另外TACH输出在5V
3 SPEEDCOMP 速度环补偿元件的接点
4 RVCO 设定VCO频率的外部电阻接点
5 SPEEDSET 设置电机速度的直流输入端
6 RT 外部电阻接该脚到地,以控制IC的PWM频率
7 HA 电机A相的高边输出驱动器信号
8 HB 电机B相的高边输出驱动器信号
9 HC 电机C相的高边输出驱动器信号
10 VCC 电源输入端
11 LA 电机A相的低边输出驱动器信号
12 LB 电机B相的低边输出驱动器信号
13 LC 电机C相的低边输出驱动器信号
14 FBA 电机A相的反电势信号输入端
15 FBB 电机B相的反电势信号输入端
16 FBC 电机C相的反电势信号输入端
17 GND 信号和电源的接地端
18 SPEEDFB 反电势传感补偿元件的接点
19 SOFTSTART 外部软起动电容器的接点,可减小起动电流
20 CVCO 设置VCO频率的外部电容器接点。强迫该输入端低于1?5V,使换向停止,并使电机跟踪惯性

2   ML4435功 能 详 解

2. 1   ML4435的 外 部 元 件 选 择

    外 部 元 件 的 选 择 需 要 根 据 电 动 机 的 电 气 参 数 和 机 械 参 数 进 行 计 算 , 下 面 列 出 计 算 所 需 的 电 机 参 数 :

    — —最 大 直 流 电 机 电 源 电 压VMOTOR(V) ;

    — —最 大 工 作 电 流Imax(A) ;

    — —测 量 引 线 间 的 绕 组 电 阻R1-1(Ω);

    — —磁 极 的 数 目N;

    — —反 电 势 常 数Ke(V·s/rad);

    — —电 机 的 转 矩 常 数Kτ(N·m/A) ;

            Kτ=Ke(SI单 位);

    — —最 大 转 速nmax(r/min) ;

    — —电 机 和 其 负 载 的 转 动 惯 量J(kg·m2) ;

    — —电 机 和 其 负 载 的 粘 滞 阻 尼 因 数 ξ 。

    若 上 述 数 值 有 几 个 不 知 道 , 仍 能 通 过 实 验 来 确 定 元 件 的 最 佳 值 。 下 述 公 式 和 元 件 选 择 图 可 作 为 优 化 应 用 的 起 点 。 可 选 用 最 靠 近 近 似 计 算 结 果 的 标 准 值 元 件 。

2. 2   电 源 和 芯 片 电 压 基 准

    10脚 电 源 电 压VCC=(12±10% )V, 推 荐 在VCC脚 与 地 之 间 接 一0. 1μF的 旁 路 电 容 器 , 并 尽 量 靠 近VCC端 接 地 。 在ML4435内 部 产 生6 V基 准 电 压 , 它 出 现 在RT脚 , 在 该 脚 对 地 接 一 只 电 阻 可 设 定PWM频 率 。 可 用 电 位 器 取 代 该 电 阻 来 设 置 速 度 指 令 ( 详 见2? 16) 。 注 意 : 若 要 在6脚 加 外 部 电 路 , 则 要 用 一 输 入 阻 抗 至 少 为1 MΩ 的 运 算 放 大 器 作 该 脚 的 缓 冲 器 。

2. 3   输 出 驱 动 器

    输 出 驱 动 器LA、LB、LC和HA、HB、HC为 三 相 桥 功率级提供图腾柱式输出驱动信号。ML4435的全部控制功能都从这6个脚输出。其中LA、LB、LC分别为三相功率极的A、B、C提供低边驱动信号,其有效高电平信号为12V。而HA、 HB、 HC分别为三相功率级的A、B、C相提供高边驱动信号,其有效低电平信号为12V。

2.4   三相桥式功率级的电流限制

    图3中电流传感电阻RSENSE安设在三相功率级,可调节功率级和直流无刷电机的最大电流。如RSENSE二端电压超过19脚SOFTSTART设置的电流限制门限电平,则电流调节是在PWM周期的剩余段关断输出驱动器LA、LB、LC来实现的。RSENSE最大功耗见图4。


图 3   用RSENSE作 电 流 限 制


图 4   RSENSE的 额 定 功 率 与 电 机 电 流 的 关 系

2.5   软起动

SOFTSTART(19脚)上电压设定电流限制门限电平。ML4435有一个1?1V电源电压的内部分压器,见图5。分压器由两只225kΩ电阻组成,它把电流限制门限电平设定在0?55V左右。可用外部分压器或外部基准来取代SOFTSTART的设置,其电流大

[1] [2]

关键字:电机控制器  应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0520/article_8788.html
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