无传感器的直流无刷电机控制器ML4435及其应用

— —磁 极 的 数 目N；

— —反 电 势 常 数Ke(V·s/rad)；

— —电 机 的 转 矩 常 数Kτ(N·m/A） ；

Kτ=Ke(SI单 位)；

— —最 大 转 速nmax（r/min） ；

— —电 机 和 其 负 载 的 转 动 惯 量J（kg·m2） ；

— —电 机 和 其 负 载 的 粘 滞 阻 尼 因 数 ξ 。

若 上 述 数 值 有 几 个 不 知 道 ， 仍 能 通 过 实 验 来 确 定 元 件 的 最 佳 值 。 下 述 公 式 和 元 件 选 择 图 可 作 为 优 化 应 用 的 起 点 。 可 选 用 最 靠 近 近 似 计 算 结 果 的 标 准 值 元 件 。

2. 2 电 源 和 芯 片 电 压 基 准

10脚 电 源 电 压VCC=（12±10％ ）V， 推 荐 在VCC脚 与 地 之 间 接 一0. 1μF的 旁 路 电 容 器 ， 并 尽 量 靠 近VCC端 接 地 。 在ML4435内 部 产 生6 V基 准 电 压 ， 它 出 现 在RT脚 ， 在 该 脚 对 地 接 一 只 电 阻 可 设 定PWM频 率 。 可 用 电 位 器 取 代 该 电 阻 来 设 置 速 度 指 令 （ 详 见2? 16） 。 注 意 ： 若 要 在6脚 加 外 部 电 路 ， 则 要 用 一 输 入 阻 抗 至 少 为1 MΩ 的 运 算 放 大 器 作 该 脚 的 缓 冲 器 。

2. 3 输 出 驱 动 器

输 出 驱 动 器LA、LB、LC和HA、HB、HC为 三 相 桥 功率级提供图腾柱式输出驱动信号。ML4435的全部控制功能都从这6个脚输出。其中LA、LB、LC分别为三相功率极的A、B、C提供低边驱动信号，其有效高电平信号为12V。而HA、 HB、 HC分别为三相功率级的A、B、C相提供高边驱动信号，其有效低电平信号为12V。

2.4 三相桥式功率级的电流限制

图3中电流传感电阻RSENSE安设在三相功率级，可调节功率级和直流无刷电机的最大电流。如RSENSE二端电压超过19脚SOFTSTART设置的电流限制门限电平，则电流调节是在PWM周期的剩余段关断输出驱动器LA、LB、LC来实现的。RSENSE最大功耗见图4。

图 3 用RSENSE作 电 流 限 制

图 4 RSENSE的 额 定 功 率 与 电 机 电 流 的 关 系

2.5 软起动

SOFTSTART（19脚）上电压设定电流限制门限电平。ML4435有一个1?1V电源电压的内部分压器，见图5。分压器由两只225kΩ电阻组成，它把电流限制门限电平设定在0?55V左右。可用外部分压器或外部基准来取代SOFTSTART的设置，其电流大于内部分压器10倍。可在该脚对地接一只电容器，作功率上升时电流限制的软斜升。可用图6选择斜升时间。

图5 19脚 的 软 起 动 功 能

图6 软 起 动 斜 升 时 间 与 软 起 动 电 容 关 系

2.6 RSENSE

RSENSE提供与电机电流成比例的电压，作电流限制。RSENSE端的失效闭锁电压是0.6V，它由SOFTSTART（19脚）设定。电流传感电阻应是低电感的，例如碳膜电阻。用线绕mΩ级的电阻，应尽力降低电感。其额定功率正比于功耗Imax2RSENSE。

2.7 ISENSE滤波器

ISENSE输入端（1脚）需要接一个RC低通滤波器，以消除电流传感信号前沿的尖峰电压，它由二极管反向恢复时的穿透电流引起。若无该滤波器会出现电流限制的虚假触发。此电路推荐的标准值R=1kΩ，C=1000pF，可滤除窄于1μs的尖峰干扰。电容值不宜超过3300pF。滤波前后的波形见图7。

图7 ISENSE滤 波 波 形

2.8 逐个脉冲式电流限制

当ISENSE脚电压超过SOFTSTART脚电压时，电流限制电路被激活，它在PWM周期的剩余阶段关闭驱动器LA、LB和LC。

2.9 换向控制

一台三相直流无刷电机需要电子换向，以实现旋转运动。电子换向要求开通和关断三相半桥式功率开关。为了让转矩实现单一方向，由转子的位置给出换向指令。要实现ML4435的电子换向，是通过适当时序来开通和关断一相低输出L和另一相高输出H。总共存在六种L和H输出组合（即六种开关状态），如表3标出的状态A～状态F，它们构成一个完整的换向循环周期。这一开关时序被编程在图8所示的换向状态机中，该换向状态机的时钟是由VCO的输出提供。

表3 6种换向控制状态

图8 换 向 状 态 机

2. 10 压 控 振 荡 器

VCO在TACH（2脚 ） 输 出 一TTL兼 容 的 时 钟 脉表示驱动器导通冲 ， 它 正 比 于SPEED FB（ 18脚 ） 输 入 电 压 。 频 率 与 电 压 或 与 VCO常 数 KV的 比 例 ， 由 图 9中 的 RVCO（ 4脚 ） 接 地 电 阻 和 CVCO（ 20脚 ） 接 地 电 容 器 来 设 定 。

图9 VCO控制

RVCO设定的电流正比于VCO输入电压SPEEDFB减去0.7V。该电流用于门限电压在2～3.75V之间对CVCO充电和放电，见图9。RVCO限制在0.2V较低电压。这导致CVCO的三角波形对应于TACH脚时钟，也见图9。当VCO的输入等于或稍小于6V时，KV被设定在VCO输出频率对应于最大换向频率fmax，即对应于最大电机速度。CVCO和RVCO可由首次计算的fmax值来选择：

fmax=0.05×nmax×N

2.11 TACH

TACH（2脚）输出VCO频率，它6倍于换向频率。当电机在最低转速时（即SPEEDFB低于0?97V），TACH输出还表示因TTL停留在高电平而使电机处于低转速。

2.12 反电势取样器电路

输入到VCO的SPEEDFB（18脚）受反电势取样器控制。反电势传感脚FBA、FBB、FBC输入到反电势取样器，需要来自电机各相引线的信号，该信号低于ML4435的VCC值。相位传感的输入阻抗是8.7kΩ。如果电机电压大于ML4435的VCC值，则需要串接电阻RFB到电机各相引线，见图10。RFB可从图11曲线选择或利用下式算出：

RFB=8.7kΩ(VMOTOR/12－1)

图10 反 电 势 取 样 器 电 路

图11 RFB与VMOTOR（max） 相 应 关 系

反电势取样器把电机各相电压分压为低于VCC=12V（正常值）的信号电压，并由下述方程式计算电机的中性点电压：

VNEUTRAL=(VFBA＋VFBB＋VFBC)/3。

这就允许ML4435能比较反电势信号与电机中性点，而不需要从Y接绕组的电机中引出一信号线。对△接绕组的电机，因不存在物理中点，故必须计算该基准参考点。

反电势取样器所获电机相位，是未被驱动时的值：也就是如果LA和HB均导通，那么相位A被驱动为低电平，相位B被驱动为高电平，相位C则被取样。被取样相位提供一个反电势信号，它对照电机的中性点作比较。取样器受换向状态机器控制。取样的反电势经一个误差放大器与中性点比较。误差放大器的输出端送出充电或放电电流到SPEEDFB（18脚），它向VCO提供电压。

2.13 反电势传感的锁相环换向控制

由换向状态机、VCO、反电势取样器三者构成一个锁相环路，以使换向时钟自动跟踪反电势信号。完整的锁相环路见图12。该锁相环需要一个超前—滞 后 滤 波 器 ， 它 由SPEED FB（18脚 ） 外 部 元 件 来 设 置 。

图12 PLL锁相环路

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