無位置傳感器無刷直流電機控制的簡易方法

無刷直流電機具有體積小、重量輕、維護方便、高效節(jié)能、易于控制等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)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(dǎo)致系統(tǒng)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，并具有廣闊的發(fā)展前景，但它的控制電路相當(dāng)復(fù)雜。M L4428控制芯片的出現(xiàn)，簡化了控制電路的設(shè)計，該芯片內(nèi)部含有反電勢檢測電路、起動換向邏輯電路和保護電路，使控制器芯片只需外接少量的阻容元件就可以實現(xiàn)對直流無刷電動機的控制。

2.M L4428原理圖及功能實現(xiàn)

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(diào)速所需的各種功能。它采用28腳雙列表面SO IC封裝，它的內(nèi)部框圖如圖1所示使用鎖相環(huán)技術(shù)，從電機線圈檢測反電勢，確定換向次序采用專門的反電勢檢測技術(shù)，可實現(xiàn)三相無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(zhuǎn)子位置并準(zhǔn)確對電機加速的起動技術(shù)，確保起動時電機不會反轉(zhuǎn)并可縮短起動時間。

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(qū)別就是利用反電勢的波形尋找最佳換向點。當(dāng)永磁無刷直流電動機運轉(zhuǎn)時，各相繞組的反電動勢(EM F )與轉(zhuǎn)子位置密切相關(guān)。由于各相繞組是交替導(dǎo)通工作的，在某相不導(dǎo)通的時刻，其反電動勢波形的某些特殊點，可代替轉(zhuǎn)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勢波形圖，反電動勢過零點延時30°處對應(yīng)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(wù)[2 ].基于這一原理，在該芯片內(nèi)設(shè)計了一個獨特的反電勢檢測電路(見圖2)，由于有了中點模擬電路，不需從電機三相繞組中引出中線[1 ].其中多路轉(zhuǎn)換器開關(guān)依次接入產(chǎn)生反電動勢的繞組，比較中點模擬器與多路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子當(dāng)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?qū)瓠h(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(dāng)?shù)膿Q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，可用于閉環(huán)速度控制。速度的頻率信號可由監(jiān)視V CO的輸出來得到，它是鎖相環(huán)鎖定到電機準(zhǔn)確的換向頻率的信號。2. 3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

內(nèi)部的調(diào)速系統(tǒng)是典型的直流電機PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖4所示，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出控制開關(guān)器件。這樣組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，在突加給定的過渡過程中表現(xiàn)為一個恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中又表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，即發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器各自的作用，又避免了像單環(huán)系統(tǒng)那樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得良好的靜、動態(tài)品質(zhì)。

2. 4內(nèi)部保護電路

M L 4428內(nèi)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(jīng)環(huán)路濾波器(該濾波器能濾除觸發(fā)單穩(wěn)電路的噪聲尖峰電流，一般選樣在時間常數(shù)300ns以內(nèi))到電流比較器的正端引腳)，比較器的負(fù)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(dāng)電流檢測電路的電壓高于比較器負(fù)端電壓時，單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)，關(guān)斷輸出M O SFET，電流下降，直至單穩(wěn)電流被復(fù)位。

M L4428正常電源供給為 12V，在電源低于時， 6個輸出驅(qū)動器將全部關(guān)斷。

3結(jié)語

采用控制器芯片，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(gòu)成的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)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現(xiàn)換向及低速時開環(huán)起動這一難題，實驗證明，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全，提高了系統(tǒng)的可靠性。該方法對直流無刷電動機的廣泛應(yīng)用具有重要的實際意義。

2. 2起動換向技術(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，其反電勢為零或極低，無法檢測，因此必須由其它方法開環(huán)起動，到產(chǎn)生足夠大的反電勢方能進入正常換向。

控制芯片提供了完滿的起動換向技術(shù)： M L 4428內(nèi)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，起動腳電壓低于0. 6V， RU N比較器輸出開啟起動邏輯電路，關(guān)閉換向邏輯電路， M L4428將發(fā)出6個取樣來測定轉(zhuǎn)子位置，并驅(qū)動相應(yīng)的線圈以產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)動，這將導(dǎo)致電機加速直到RC腳電壓達(dá)到0. 6V，速度足夠高產(chǎn)生被檢測的反電勢，此時RUN比較器輸出關(guān)閉起動邏輯電路，允許鎖相環(huán)電路工作開始，進入正常的換向邏輯工作狀態(tài)，經(jīng)檢測此時電機速度是電機最大轉(zhuǎn)速的8.