一种扩展MC33035芯片起、制动性能的附加电路设计
一种扩展MC33035芯片起、制动性能的附加电路设计
第8卷第6期北华大学学报(自然科学版)Vol.8No.6
2007年12月RSITY()Dec.2007
文章编号:(2007)
一种扩展芯片起、制动性能的附加电路设计
郭农斐
(黎明职业大学电子工程系mc33035驱动直流无刷电机有没有功率限制,福建泉州 )
摘要:介绍了提高以集成电路为核心的无刷直流电机驱动电路起、制动性能的思路,进行了具体的电
路设计,分析了工作原理.
关键词:;起动死区;有源制动
中图分类号:TM33 文献标识码:A
收稿日期:
作者简介:郭农斐(1962-),男(回),主要从事电子技术应用研究.
为直流无刷电机驱动专用集成电路,具有使用简单、价格低廉、抗干扰性强等优点mc33035驱动直流无刷电机有没有功率限制,同时也
有使用灵活度不够、个性化功能不易实现等不足,在应用上有一定的局限性.通过增加附加电路,可完善控
制功能,扩展应用范围.
1 典型电路起、制动性能的不足
是公司的第2代无刷直流电机控制专用集成电路,内含转子位置传感器译码电
路,带温度补偿的内部电压基准源,频率可调的锯齿波振荡器,误差放大器,PWM比较器,输出驱动电路,
芯片欠压、过热保护电路及限流电路.典型功能包括PWM开、闭环速度控制一种扩展MC33035芯片起、制动性能的附加电路设计,起动、停止控制,正反转控制
和能耗制动控制,广泛应用于两相、三相和四相无刷直流电机驱动控制
由专用芯片组成的典型无刷直流电机驱动电路主要不足在于无法克服无刷直流电机“起动
死区”现象,无法提供比能耗制动更有效的制动方式.所谓“起动死区”是指某些无刷直流电机转子处于特
定位置时,起动转矩小,带载起动能力差,无论是加大电流、改变方向,还是断电重启都不能起动,只有人为
让电机转动一个角度,避开死点,电机才能正常起动的偶发现象.这个现象对于不允许人为干预的使用环
境(如航空、航天、密闭条件等)会造成严重影响.提供的能耗制动具有控制简单、使用方便、定位
精度高等优点,但对于转动惯量大、运行速度高且需精确定位的系统存在不足.
2 改进思路
2.1 驱动原理
组成的三相无刷直流电机驱动电路简图见图1,其中SA,SB,SC为霍尔位置传感器,Q1～
Q6组成三相桥,直流无刷电机为三相对称星形连接.
直流电机运行时,永磁体N2S交替变换,霍尔位置传感器按顺序产生有效的状态编码信号(换相信
号):100,110,010,011,001,101,通过转子位置传感器译码电路逻辑处理,驱动Q1+Q6,Q2+
Q6,Q2+Q4,Q3+Q4,Q3+Q5,Q1+Q5功率管组合依次导通,直流母线电压加在AC,BC,BA,CA,CB,
AB上.每种状态下,仅有两相绕组通电.依次改变1种状态,定子绕组产生的磁场轴线在空间上转动60°
电角度,转子跟随定子磁场转动60°电角度,转子在新的位置上使传感器产生下一组编码,新的编码又改
变功率管导通组合,使定子绕组产生的合成磁场轴线再前进60°电角度,如此循环,无刷电机产生连续转
.转子位置传感器输出编码与功率管开通关系见图2.
图1 驱动电路
Fig.1
图2 驱动电路位置传感器(120°)状态编码与功率管开通关系
Fig.2
2.2 起动死区解决思路
当无刷电机进入死区,假设转子位置传感器输出的编码为100(可称为死区编码),依图2关系,Q1+
Q6持续导通,母线电压加在AC间的绕组上,此时若人为地将“死区译码”置换为其他编码(可称为人工编
码),如110,与其对应的另一组功率管Q2+Q6将导通,电流换相流经BC间的绕组.依驱动原理,电机将
转动一定的电角度,避开死点.
经实验,置入的人工编码不同,电机转动的角度有很大的变化,为保证电机控制的一致性,用于置换“死
区编码”的“人工编码”应统一规定为编码顺序中“死区编码”的下一组编码.因此“起动死区”的克服应主要解
决以下问题:第一,确定电机进入死区;第二,“死区编码”识别;第三,产生“人工编码”并将其置入电路.
2.3 制动效果提升思路
在直流无刷电机正常运行中,若能强制某对功率管持续导通,强迫电流不换相,就能造成“人工堵转”,
达到制动的目的,此时制动电流与制动持续时间皆为可控,可称为“有源制动”.根据驱动原理,
只需在制动时强迫位置传感器的输出编码保持不变,便能强迫电流不换相.
3 电路结构与原理
3.1 电路结构
附加电路原理见图3,图3中SA,SB,SC为无刷直流电机的3个霍尔传感器,IC1为双4位
无反相三态输出缓冲器(管脚功能与真值表见图4a),IC2为D型锁存器(见图4b),IC3
为,IC4为主控单片机.
霍尔传感器输出的编码信号分为两路,一路输入第1组输入口(2,4,6脚),输出信号(14,
16,18脚输出)经缓冲锁存选择后加到译码器输入口,另一路进入单片机P0.
12P0.3口.
075 北华大学学报(自然科学版)第8卷
图3 附加电路原理
Fig.3
图4 与管脚功能与真值
Fig.4 S77
.42P0.6口输出的信号加入第2组输入口(11,13,15脚),输出信号(5,7,9脚输
出)也输入输入端.缓冲、锁存由单片机P2.1口控制,三态输出由P0.7口控制.
3.2 电路工作原理
图5 控制流程
Fig.5
3.2.1 起动死区自动退出电路原理
在主控单片机给出起动信号规定时间内,若IC4
P0.12P0.3口没有检测到电平变化,就认定电机没有
正常起动, 进入死区, 随即撤销起动信号, 并将 P0. 7
口置高电平,其时 IC1 第1 组输出口为高阻,第2 组缓
冲器(11 ,13 ,15 输入,5 ,7 ,9 输出) 有效,接着单片机读
取霍尔传感器输出状态(即死区编码) ,并查表找出下
一组编码(即人工编码mc33035驱动直流无刷电机有没有功率限制, 正反转霍尔传感器
输出编码顺序表预先已贮存于单片机存储器) , 由
P0. 42P0. 7 口 输 出, 经 IC1 , IC2 缓 冲 后, 进 入
,随后重新给出起动信号,电机转动一个固定
角度,退出死区,恢复正常. 整个过程在100 ms内完成,
控制流程见图5.
3. 2. 2 有源制动电路原理
电路有源制动有两种处理模式,一种由单片机软件处理(此时 锁存使能端接高电平) ,当单片
机检测到制动信号时,立即读入当时的信号编码并将其置于P0. 42P0. 6 口,随后将P0. 7 口置高电平,将锁
相信号经 , 输入并保持在 译码器输入口,与锁相信号相对应的功率管持续导
通,达到制动目的. 这种处理方法有一定的局限性,当制动发生在编码信号的临界位置时(即两组编码的交
叉处) ,经单片机处理延时后,强迫持续导通的功率管可能失去与制动瞬间编码的对应关系,引起停机位置
误差,增加控制难度.
1 7 5 第6 期 郭农斐:一种扩展 芯片起、制动性能的附加电路设计
另一种更实用的处理模式是采用硬件电路,此时 锁存由单片机 P2. 1 口控制一种扩展MC33035芯片起、制动性能的附加电路设计, P2. 1 口为有源
制动控制端. 电机运行时, P2. 1 口输出高电平, 相当于缓冲器,对电路不构成影响,电路等效于典
型的 驱动电路. 制动时,P2. 1 输出为低电平, 锁存使能端电平变低瞬间,霍尔传感器输
出的编码信号经 锁存后,作为锁相信号持续加在 的译码器输入端,与锁相信号对应的
功率对管持续导通,电机实现有源制动,整个处理过程在极短时间内完成.
图6 闭环模式有源制动电流控制
Fig. 6 under mode
有源制动功能应用时要注意:第一,制动时有固定
的前冲角度,应使用制动提前角补偿; 第二,制动电流
开环模式下由 速度控制端控制,闭环时由图
6 电路控制. 图6 中A1 ,A2 为 内部误差放大
器与 PWM 比较器. PWM 比较器反相端输入的锯齿
波信号幅值为1. 5～4. 0 V. 改变同相端输入电压, 可
调整输出脉宽,控制驱动电流及误差放大器与外部元
件组成积分电路,输出为1 mA恒流信号,有源制动时,
P2. 1输出低电平,将稳压二极管接入电路,此时速度
反馈电压为 0 ,A1 输出由稳压二极管限幅,改变稳压
值便可调节制动电流;第三,在满足制动功能的基础上
应尽量减少制动电流,缩短制动时间.
4 结 语
利用 , 专用集成与本附加电路设计的无刷直流电机驱动电路在起动、制动性能上比
典型电路有较大的改善,已应用于配套某型电脑控制高速平缝机的伺服系统. 经测试,启动死区出现概率
为零,在200～5 000 r/ min速度范围内,针杆定位误差小于±1 mm ,完全满足使用要求.
