永磁同步電機(jī)之控制器實(shí)例

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器類型主要有：①分立器件組成的控制器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗干擾性和可靠性較差，不利于大批量生產(chǎn)；②基于專用集成電路的控制器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍器件少，功能齊全，可靠性高，成本低廉；③基于微處理器的控制器，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，可以開發(fā)出各種功能完善、控制靈活的控制器，極大地拓寬了其適用領(lǐng)域。

基于專用集成電路的控制器具有較高的性價(jià)比，其應(yīng)用日益廣泛，已出現(xiàn)了多種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制集成電路，其中MC33035是美國(guó)Motorola公司生產(chǎn)的高性能第二代無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器專用集成電路。它具備控制一個(gè)全特性開環(huán)三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)所需要的全部功能，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的PwM開環(huán)速度控制、使能控制（起動(dòng)或停止）、正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動(dòng)。此外，MC33035還可以用作有刷直流電動(dòng)機(jī)的控制器芯片。

1 . MC33035功能介紹

MC33035芯片采用24腳DIP塑料封裝，其管腳功能說(shuō)明如表7一10所示，其管腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7一44所示。從功能上講，該芯片主要包括：①轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路；②帶溫度補(bǔ)償?shù)膬?nèi)部基準(zhǔn)電源；③頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器；④全通誤差放大器；⑤脈寬調(diào)制（PWM）比較器；⑥輸出驅(qū)動(dòng)電路；⑦限流保護(hù)電路。

( 1）轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路。圖7一44中的譯碼電路將根據(jù)電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)、 60 " / 120 "信號(hào)的狀態(tài)確定三路位置傳感器信號(hào)的邏輯處理方式，最后將邏輯處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為逆變橋開關(guān)的6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，位置傳感器信號(hào)輸人端4 、 5 、 6腳內(nèi)含上拉電阻，輸人電路與TTL電平兼容，門限典型值為2 . ZV，它適用于集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光電藕合器等位置傳感器類型。該譯碼電路可用于傳感器相位差為。這4種空間位置的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。表7一9中3個(gè)傳感器輸人端原則上可有8種輸人方式組合，其中6種是有效的轉(zhuǎn)子位置信息，其余兩種則是無(wú)效的，通常是由傳感器引線開路或短路造成的。當(dāng)輸人為無(wú)效組合時(shí)，14腳將輸出故障信號(hào)，同時(shí)封鎖驅(qū)動(dòng)輸出，以保證電機(jī)系統(tǒng)的安全。

( 2）正／反轉(zhuǎn)控制。電機(jī)正／反轉(zhuǎn)控制是由3腳的邏輯電平?jīng)Q定的。當(dāng)3腳邏輯狀態(tài)改變時(shí)，位置譯碼器首先將傳感器信號(hào)在內(nèi)部邏輯取反，再經(jīng)譯碼后，得到反相序的換向輸出，改變電機(jī)相繞組的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

( 3）起／停和制動(dòng)控制。電機(jī)的起／?？刂仆ㄟ^(guò)芯片7腳使能端來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)7腳懸空時(shí)，內(nèi)部40拌A電流源使驅(qū)動(dòng)輸出電路正常工作。若7腳接地，3個(gè)上橋驅(qū)動(dòng)輸出開路（1狀態(tài)）, 3個(gè)下橋驅(qū)動(dòng)輸出強(qiáng)制為低電平，使電動(dòng)機(jī)繞組沒(méi)有激勵(lì)而停車，電機(jī)停轉(zhuǎn)的同時(shí)14腳輸出低電平。當(dāng)制動(dòng)輸人端23腳為高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)人制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，上橋3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出開路，下橋3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出為高電平，外接逆變橋下橋3個(gè)功率開關(guān)導(dǎo)通，使電動(dòng)機(jī)三相繞組對(duì)地短接，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。

( 4）鋸齒波振蕩器。圖7一44 ( b）中內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率由外接定時(shí)元件島和RT決定。 8腳輸出的基準(zhǔn)電壓通過(guò)電阻RT向電容島充電，然后價(jià)又通過(guò)內(nèi)部放電晶體管迅速‘放電而形成鋸齒波振蕩信號(hào)，其波峰和波谷分別為4 . IV和1 . SV 。建議使用振蕩器頻率為20一30 kHz，以兼顧頻率過(guò)低產(chǎn)生可聞噪聲和頻率過(guò)高影響功率開關(guān)效率的矛盾。

( 5）脈寬調(diào)制器。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號(hào)比較后，產(chǎn)生脈寬調(diào)制（P WM）信號(hào)，控制下橋3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出。改變輸出脈沖寬度，相當(dāng)于改變供給電動(dòng)機(jī)繞組的平均電壓，從而控制其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

( 6）限流保護(hù)電路。為了避免電機(jī)電流過(guò)大而損壞電機(jī)及控制器，必須對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行必要的限制。一般電機(jī)逆變橋經(jīng)一個(gè)小電阻接地，將電阻上的電壓信號(hào)作為電流采樣值。采樣電壓由9腳和15腳輸人至芯片內(nèi)的電流檢測(cè)比較器，比較器反相輸人端設(shè)置有l(wèi)oomV基準(zhǔn)電壓，作為電流限流基準(zhǔn)。在振蕩器鋸齒波上升時(shí)間內(nèi)，若電流過(guò)大，比較器翻轉(zhuǎn)，將驅(qū)動(dòng)輸出關(guān)閉，以限制電流繼續(xù)增大。在鋸齒波下降時(shí)間，重新使驅(qū)動(dòng)輸出開通。利用這樣的逐個(gè)周期電流比較，實(shí)現(xiàn)了限流。

( 7）欠電壓鎖定。 MC33035內(nèi)設(shè)有欠電壓保護(hù)電路，在下列三種情況下關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出：芯片供電電壓U（蕪低于9 . IV 、下橋驅(qū)動(dòng)電源Uc低于9 . IV 、基準(zhǔn)電壓低于4 . SV 。該鎖定信號(hào)可以保證芯片內(nèi)部正常工作以及向下橋驅(qū)動(dòng)輸出提供足夠高的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)電壓恢復(fù)正常后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常只

( 8）故障信號(hào)輸出。為了實(shí)時(shí)地觀測(cè)芯片的工作情況，芯片提供了一個(gè)集電極開路的故障信號(hào)輸出端14腳，它可直接驅(qū)動(dòng)LED作故障顯示，也可與微處理機(jī)接口。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，14腳輸出低電平故障信號(hào)：①無(wú)效的位置傳感器輸人組合；② 7腳使能端為低電平；③電流檢測(cè)端輸人電壓大于10OmV；④欠電壓鎖定；⑤芯片過(guò)熱，典型值超過(guò)170 ℃ 。通過(guò)此故障信號(hào)輸出端可以方便地檢測(cè)控制電路的工作狀態(tài)是否正常。

( 9）驅(qū)動(dòng)輸出。 MC33035內(nèi)部嵌入了逆變橋驅(qū)動(dòng)電路，其中上橋3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出是集電極開路NPN晶體管，其吸人電流能力為50mA，耐壓為40V，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)外接逆變橋上橋臂的PNP功率晶體管和P溝道MOSFET功率管。下橋3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出是推挽輸出，驅(qū)動(dòng)能力為10omA，可直接驅(qū)動(dòng)NPN晶體管和N溝道功率MOSFET，下橋驅(qū)動(dòng)輸出的電源Vc可由18腳單獨(dú)引人。為了防止MOSFET柵極擊穿，應(yīng)當(dāng)在18腳上接人一個(gè)18V穩(wěn)壓二極管進(jìn)行鉗位。

2．基于MC33035的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器