永磁无刷直流电机控制专用集成电路

出处：cslen 发布于：2008-10-25 13:44:42

3．2 永磁无刷直流电机控制专用集成电路

　　近20多年来，由于模拟和数字集成电路、大功率开关器件、高性能磁性材料的进步，采用电子换相原理工作的无刷直流电机得到广泛应用，它从初的航天、军事设施应用领域扩展到工业和民用领域。无刷直流电机专用的控制和驱动集成电路的出现－是推动无刷直流电机应用的重要因素。

　　控制电路是永磁无刷直流电机正常运行并实现各种调速功能的，一般需要完成以下功能：

　　1）对转子位置传感器输出的信号、PWM调制信号、正反转信号和停车信号进行逻辑综合，给驱动电路提供各个功率开关管的斩波信号和通断信号，实现电机的正反转和制动控制。

　　2）产生使电机的电压随给定转速信号而自动变化的PWM调制信号，实现电机的开环调速。

　　3）对电机进行转矩和转速的闭环调节，使系统具有较好的动态和静态性能。

　　4）各种故障保护功能，如短路保护、过电流保护、欠电压保护。

　　从电路的控制形式上说，可以有以下4种形式：分立元件搭建的模拟电路，专用的集成控制电路，模拟和数字混合的控制电路，全数字控制电路。

　　国际半导体厂商推出了多种不同规格和用途的无刷直流电机专用集成电路，这些集成电路设置了许多控制功能，如起停控制、正反转控制、制动控制等功能，并且片内具有过电流延时关断、输出限流、欠电压关断、结温过热关断和输出故障指示信号等功能。比较典型的有MC33035、LM621、TDA5140、TDA5145、A8901、UDN2936、LS7264、ML4425等多种无刷直流电机集成控制芯片9这些电路的应用读者可查阅相关的芯片技术文档，本章仅介绍MC33035的应用，对模拟电路则主要以分立元件构成的控制系统进行详细介绍。

　　MC33035是M0T0R0LA公司第二代无刷直流电机控制器专用集成电路系列，外接功率开关器件后驱动两相、三相和四相无刷直流电机，增加一片MC33039电子测速器作为F／V转换，引入测速反馈后，可构成闭环速度调节系统。该集成控制器由转子位置传感器译码器电路、带温度补偿的内部基准电源、频率可设定的锯齿波振荡器、误差放大器、脉宽调制比较器、输出驱动电路、保护电路等组成。该集成电路的典型控制功能包括PWM开环速度控制、起停控制、正反转控制和能耗制动控制。此外，MC33035还具有以下特点：

　　1）内设逻辑转换电路，可直接把霍尔信号转换为驱动信号，无需前级驱动，可直接驱动功率MOSFET，带动电机运转；

　　2）具有温度补偿电路；

　　3）具有过电流、限电流、过热和欠电压保护功能；

　　4）频率可设定的锯齿波振荡器和PWM比较器为电机速度反馈提供了输人端，使电机锁相稳速成为可能；

　　5）可提供60°和120°传感器相差选择，本章所述系统为120°；

　　6）芯片所需电压为10～30V，本章所述系统的工作电压为28V；

　　7）使能控制、制动控制、正反转控制均可使用开关控制。

　　整个控制器的工作过程如下：从电机转子霍尔传感器送来的三相位置信号（SA、SB、SC）一方面送人MC33035，经芯片内部译码电路结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生逆变桥三相上、下桥臂开关器件的6路原始控制信号。其中，三相下三桥开关信号是脉宽调制（PWM）信号，通过改变MC33035的11脚电压即可改变下三桥PWM占空比。处理后的三相下桥PWM信号（AB、BB、CB）及三相上桥控制信号（AT、BT、CT）经过驱动电路整形、放大后，施加到逆变桥的6个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流，进而控制电机运转。图所示为MC33035原理框图及三相全波无刷直流电机开环速度控制接线图。