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无传感器的直流无刷电机控制器ML4425及其应用（2011-05-23 11:57:28 来源:互联网摘要：介绍了 ML4425脉宽调制电机控制器的功能及其应用 关键词：三相直流无刷电机；无传感器；反电势取样器；锁相环1 引言ML4425脉宽调制控制器具有为起动和控制△接或Y接无刷直流（BLDC）电机速度所 需要的全部功能，并且不用霍尔传感器从电机绕组传感的反电势电压信号，利用锁相环 （PLL）即可确定正确的换向时序，这一获专利的传感技术可以在宽范围内使三相无刷电机 换向，并且对PWM噪声和电机缓冲电路的干扰不敏感ML4425利用恒定的停歇时间PWM控制环路，限制电机的工作电流其速度环是由机 载放大器控制ML4425电路能保证没有穿透电流干扰而直接驱动外部功率MOSFET起动 程序的定时由三个可供选择的定时电容器来确定这就使大范围变化的电机和负载能够处于 最佳状态ML4425 的主要性能如下：1） 可独立工作；2） 通过IC控制电机的起动和停止；3） 机载起动时序为校准一斜升一设定速度；4） 获专利的反电势换向技术为最短的“自转”时间提供了无抖动转矩；5） 具有机载速度控制环；6） 用于换向的锁相环PLL可对PWM产生的尖峰脉冲噪声的抗干扰创造条件，其作用 与噪声传感过零技术相似；7） PWM 控制可得到最高效率；8） M0SFET直接驱动12V电机;驱动高压电机需要用IR、IXYS、Harris、Powerintegration、 Siliconix 等公司生产的 IC 缓冲器。

2 ML4425 的结构与参数2.1 ML4425 的结构ML4425有二种封装型式，其引脚排列如图1所示它们的内部功能方框图如图2 （以 28 引脚为例）所示Ha [而[HU[SPEED COMP [C[VhbhSPFFDSFTLA [ 叫 I.C[11.11111'vccmcn [K\ IrraTTFBCE-'ll RFB AMemncq 5n：t：DC0MI：n r.nTVkt± I IISl^l-DSE T r~[Ti-a nri.uniHTH-46JJ^Z芒n- EHn" 20nr- 更耳IR viinr~T~I L'I:1C~T~I FBD~T~| FB AII I CjiH~T~I £卩匕E:D I'EiII i Cft「IT1LA/ FAULT~T~I CNs OSH舟JJHj 丽■ *V ■ ■ i fl(b)方形32脚图 1 ML4425 集成电路两种封装型式(a)窄形28脚回——FB图 2 ML4425 电机控制器内部功能框图ML4425各引脚功能如下(以28引脚为例，脚号后括号内数字为32脚的脚号)脚1 (30) ISENSE：电机的电流传感输入端当ISENSE超过0.2XILIMIT时，三路输 出驱动器LA、LB、LC均被关闭一个固定时间(由CIOS电容量确定)。

脚2 (31) HA： A相高边开关的有源低输出驱动器脚 3(32) HB： B 相高边开关的有源低输出驱动器脚4(1)HC： C相高边开关的有源低输出驱动器脚5 (3) SPEED COMP：是速度控制环的补偿端，它由接在SPEED COMP脚与地端之 间的串联的电阻器和电容器来设置脚6 (4) CT： 一只电容器接CT与地之间，可设定PWM振荡器频率脚 7(5) VREF： 6.9V 基准参考电压输出脚8 (6) SPEED SET：速度控制环输入端，变化范围从0 (停机)到VREF (最大速度)脚 9(7) LA： A 相低边开关的有源高输出驱动器脚 10(8) LB： B 相低边开关的有源高输出驱动器脚 11(9) LC： C 相低边开关的有源高输出驱动器脚12 (10) ILIMIT:该脚电压把ISENSE的门限电压设定在0.2XILIMIT，该脚空悬不 接，自动选IC内部的置位门限电平脚13 (11) VCO/TACH：该脚的TTL输出电平对应于时钟信号用在换向状态机器当 反电势传感电路跟踪转子位置时，其输出频率与电机速度成比例脚14 (12) VDD： 12V电源电压输入端。

脚15 (15) CVCO：该脚对地接一只电容器，可设定压控振荡器(VCO)的压一频比 率脚16 (16) RVCO：该脚对地接一只电阻器，可设置一与VCO输入电压成比例的电流 脚17 (17) CAT：该脚对地接一只电容器，可设定控制器保持在校准状态的时间脚18 (18) UV FAULT：当VDD降低到UVLO欠压锁定门限电平时，该脚输出电平变 为最低，表示所有的输出驱动器均已失效脚19 （19） CRT:该脚对地接一只电容器，可设定控制器保持在斜升状态的时间脚20 （20） SPEED FB：反电势取样电路的输出端和VCO的输入端，一个RC网络接 在SPEED FB 端,可设置对锁相环路（PLL）的补偿，该PLL电路由反电势取样电路、VCO 和换向状态机器构成脚21（21）CRR:当控制器处于斜升状态时，在CRR与SPEED FB两端之间接一只电 容器，可设定电机的斜升速率（即加速度）脚22（22）FB-A：通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器，监视A相的电机反馈电 压脚23（23）FB-B:通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器，监视B相的电机反馈电 压脚24（24）FB-C:通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器，监视C相的电机反馈电 压。

脚25（25）BRAKE:一个逻辑低电平输入使电机制动，它是通过关断高边输出驱动器 和接通低边输出驱动器来实现的脚26（26）CIOS:该脚对地接一只电容器，可设置在ISENSE超过它的门限电平之后， 低边输出驱动器仍然保持关断的时间脚27（27）RREF:该脚对地接一只137kQ的电阻器，可设置与VREF成比例的电流， 它用于为IC内部设定所有的偏置电流（除VCO之外）脚28（28）GND：信号地与功率地端2.2 ML4425 的参数2.2.1 ML4425 极限值（绝对最大额定值） 权限值是指器件的应力额定值，一旦超过可能导致器件永久性损坏，它们并非器件的工作参数电源电压（脚 14） VDD: 14V；逻辑输入（SPEED FB，BRAKE）: （GND-0.3）〜7V；所有其它输入和输出：（GND—0.3）〜（VDD+0.3）；输出电流（LA、LB、LC、HA、HB、HC）： ±50mA；结温：150°C；储存温度：一65C〜150C；引脚焊接温度：260C（10s内）2.2.2 ML4425 的运行条件温度范围 ML4425GX 0〜70C； ML4425IX —40〜85CVDD 10.8〜13.2V。

2.2.3 ML4425 的电特性ML4425 的电气参数如表 1 所列表 1 ML4425 电气参数除非另有说明，通常 VDD=12V± 10%, RSENSE=1 Q，CVCO=10nF，CIOS=100pF， RREF=137kQ，TA-工作温度（注 1,注 2）¥Tfi-«hS!SH翻hu：J--=塑对I i U>i首出EK EMIikIII A.s強创t^T近h, in fmii丁 H 沐 V7I, -u.词5Q牌岸"■ ■茁・■匚』||L麻議IV必阳话.….匸晦勲出比盘 三醮Met券屯悴及冋SFBiD re ：［> FT研战上累-FH D卜N斜F韭畀电运rl'EEU出科心也左电JEftlQUXSHS岀爲专从电・An F. 1|“ 泣苗广「怡H Q旳走门廉IL. .. ^.Sl'kklh 卜1占\臥7+ £- o.弭石豌kb占；v，I ” u ? 1\Q. 5b、、111u“ LM議Jy •叫丄q炖.、心=家，：'，i 用 JQ/.； - In.x石M出密注 1 ：限制的保证是作 100％测量，取样或在最坏测试条件下调节。

注 2 ：关于状态的解释参见图 4 和表 2 注3：脚BRAKE和脚UV FAULT在IC内部均有一只4kQ电阻器接到基准电压3 ML4425 的功能原理ML4425为无传感器型速度控制的三相BLDC直流无刷电动机提供了全部电路控制器 的功能包括：起动电路、反电动势换向控制、脉宽调制PWM的速度控制、固定的停歇时间 电流限制、制动、欠压保护起动电路把电机校准在已知位置，随后斜升电机速度产生一个反电势信号通过构成的 一个锁相环路，反电势取样电路可控制换向时间换向控制电路又输出一个速度反馈(SPEEDFB)信号，用于速度控制回路速度控制回路由一个误差放大器和PWM比较器 组成，它产生一个PWM占空比调节速度电机电流由一个固定停歇时间PWM关闭比较器 来限制，它受控于外部传感电阻器换向控制、PWM速度控制和电流限制共同结合，产生输出驱动器信号六路输出驱动 器用于提供选通信号给外部三相桥式功率级，按直流无刷电机的电压和电流要求进行测量其它功能包括：制动功能和欠压保护电路一旦ML4425供电VDD变为低压时，可关闭输 出驱动器3.1 元件的选择选择 IC 外部元件需要根据电机的电气参数和机械参数作一些计算。

下面列出这些计算 需要的电机参数：直流电机电源电压 VMOTOR（V）；最大工作电流 IMAX（A）；磁极的数目 N；反电势常数 Ke（V－S/Rad）；电机的转矩常数 Kt（N・ m/A）（Kt=Ke，单位SI）；最大运行速度 RPMMAX（r/min）；电机和负载的转动惯量 J（kg・m2）；电机和负载的粘滞阻尼因数 E如果不知道上述一个值或几个值，仍然可能得到合适的ML4425外部元件数值，但需要 做一些实验来确定其最佳值除非另有特殊说明，所有的数量单位都用SI下面的公式应 考虑最佳起始点所有计算的电容器和电阻器，都应采用最接近标准值的第一个近似值作为 选择3.2 电源和基准参考电压电源电压VDD通常为12V±10%应尽量靠近VDD端对地接一只lOOnF旁路电容器 提供6.9V电压基准输出VREF，来设置ML4425的速度指令和电流限制需要在RREF端 对地接一只137kQ电阻器，为IC内部功能建立一个基准电流3.3 输出驱动器输出驱动器LA、LB、LC和HA、HB、HC为三相桥式功率级提供图腾柱式输出驱动 信号ML4425中所有的控制功能，都传送到这些引脚输出其中LA、LB、LC为三相功 率级的A、B、C相提供低边驱动信号，并以12V为有效高电平信号。

而HA、HB、HC为 A、B、C相提供高边驱动信号，并以12V为有效低电平信号3.4 功率级的电流限制电流传感电阻器 RSENSE 如图 3 所示，它可调节功率级和直流无刷电机的最大。