12 PWM马达控制器ML4425.pdf

40· ·新型元器件电子世界 2005 年 3 期无刷直流电机是一种具有高速度、 高效率、 高动态响应、 高热容量、 高可靠性、低噪声和长寿命等特点的电机 它主要由直流电源、 开关电路、 无刷电机本体、 位置检测电路、 控制处理电路等部分组成无刷直流电机按驱动控制分无位置传感、位置传感以及智能控制这三种控制方式无位置传感器无刷直流电机具有无换向火花、 无无线电干扰、 寿命长、 运行可靠、 维护简便等优点， 而且不必为一般无刷直流电机所必须的位置传感器带来的对电机体积、 成本、 制造工艺的较高要求和抗干扰性差问题而担忧， 因此应用前景广阔 本文就这种电机的控制器 ML4425 的工作原理及应用进行介绍概 述无位置传感器控制正确的理解应该是无机械的位置传感器控制， 在电机运转的过程中， 作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号仍然是需要的，只不过这种信号不再由位置传感器来提供， 而应该由新的位置信号检测措施来代替， 即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性 所以， 无刷直流电机无位置传感器控制就是转子位置信号检测线路， 从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号， 借以触发导通相应的功率器件， 驱动电机运转。

位置信号检测方法主要有反电势法、 续流二极管法、 电感法和状态观测器法所谓反电势法就是在无刷直流电机中， 绕组的反电势 ( 即发电机电势 ) 通常是正负交变的梯形波 当某相绕组的反电势过零时， 转子直轴与该相绕组轴线重合 因此只要检测到各相反电势的过零点， 就可获知转子的若干个关键位置， 从而省去位置传感器， 这就是无刷直流电机反电势法无传感器控制的基本原理 但是， 绕组的反电势是难以直接检测的， 因此有两种变通的方式 一是对于两两导通型的无刷电机控制， 由于每一个时刻总有一相绕组是悬空的， 其相电压等于总的感应电势， 如果忽略电枢反应， 则绕组中总的感应电势等于反电势 ； 二是由于反电势的过零点通常是发生在绕组悬空期间 以 a 相为例， 若用电压比较器检测到相电压的过零时刻， 即可间接获得反电势的过零点 电动势换向的无刷直流电机是利用电动势作为转子位置信号控制电机驱动电路换向并产生电磁转矩但电机静止时电动势为零， 没有换向信号， 电机不能自起动， 必须外加起动信号使电机向某一方向具有一定的初始速度，绕组中产生电动势， 然后用模拟开关切换到无刷电机方式， 从而完成起动 电动势换向的无刷直流电机起动有外同步驱动方式和预定位方式起动两种。

外同步驱动方式起动是以变频方式同步拖动电机转子旋转，电机产生一定的初速度和电动势这种起动方式需要专门的脉冲分配电路提供各相导通的控制信号， 因此起动电路较为复杂预定位方式起动的控制电路相对简单， 但为了起动可靠，必须设计起动控制电路并合理地调整电路参数 而 ML4425 控制器提供了三相无电刷直流电机的无传感速度控制所需要的所有控制电路主要参数及管脚功能ML4425 的管脚分布 见图 1 ， 管脚功能说 明见表 1 PWM 马达控制器 ML4425· 潘 建 ·图 1电子世界 2005 年 3 期41· ·新型元器件工作原理ML4425 控制器提供了三相无电刷直流电机的无传感速度控制所需要的所有控制电路 它包括启动电路、 反电动势交换控制、 PWM 速度控制、 调整关断电流限制、 制动电路和欠压保护功能等， 其内部框图如 图 2 所 示 启动电路使电机停在一个已知的位置， 然后启动电机， 使电机速度上升产生一个反电动势信号 反电动势采样电路通过一个锁相环来控制换向时间 换向控制电路也通过一个速度控制回路输出一个速度反馈信号 速度控制回路由一个误差放大器和 PWM 比较器组成， 产生一个 PWM 周期控制信号进行速度调节。

电机电流受一个固定关断时间的 PWM 比较器通过和一个外部的检测电阻进行比较来控制 换向控制、PWM 速度控制电流限制组合产生输出驱动信号元器件选择 选择 ML4425 的外部元器件要求根据电机的机械和电气参数进行计算， 下面列举了一些需要的电机参数 ： 直流电机电源电压 V MOTOR (V) ； 最大工作电流 I MAX (A) ； 磁极数 N ； 反电动势系数 K e (V -s /R ad ) ； 电机转矩系数 K t (N m /A) ；最大工作转速 RPM MAX ； 电机的负载惯性常量 J 供电电源和参考 电源电压通常为12V ± 10% 应该尽可能地靠近电源端对地接一个 100nF 的滤波电容 6.9V 的参考输出电压提供了 ML4425 的速度控制和电流限制要求的电压功率开关的电流限制 电流检测电阻调节流过功率开关和无刷直流电机的最大电流 如果电压超过了 R SENSE 设置的电流限制门限值， 控制器就会关断驱动信号 LA 、 LB 、 LC 一定的时间， 电流限制检测电路 见图 3 图中 I LIMIT 为 I LIMIT 管脚上的电流限制门限值。

ML4425 内部有一个从 V REF 接出的分压器， 设置的缺省电流限制门限值为 2.3V ， 可以在外部施加一个电压改变图 3这个缺省值 R SENSE 的功能就是提供一个和电机电流成比例的电压来决定电流限制触发点， 通过内部的 I LIMIT 的分压比使缺省的触发电压为 460mV ， 电流检测电阻应该是一个低电感电阻当 I SENSE 电流超过 0.2-I LIMIT ， 控制器就会关闭输出驱动 LA 、 LB 、 LC 一定的时间 t OFF ， 这个时间是由图 2 所示的电容 C IOS决定的， 它应该≤ PWM 调节周期 例如对于一个 25kHz PWM 调节频率， PWM 调节周期为 40 μ s ， 那么 t OFF 应该在 20 ～ 40μ s 之间 电容值可以用 C IOS =t OFF × 50 μA/2.4V 算出 当 BRAKE 管脚上的电压低于 1.4V 时， 低端输出驱动 LA 、 LB 、 LC 打开， 同时高端输出驱动 HA 、 HB 、 HC 关闭 三相无刷直流电机需要进行驱动换向来完成转动的动作， 驱动换向使三相电机的功率开关器件进行打开和关闭，换向时钟由压控振荡器提供。

ML4425 内部的换向对应输出关系 见表 2 应用电路ML4425 无刷直流电机控制器能够广泛地应用于各种永磁无刷直流电机的速度控制， 图 4 为 ML4425 的典型的应用电路 ◆图 4图 2。