Fantasia直流无刷电机结构.原理与驱动方法

5.2无刷直流电 机动

驱着 Rob随ouCp小 组比型的赛展,发更先的进能决智策统和系控算法开制始现出,对机 人速度器加速度、轻和化量的求要也越来越高,有刷流电机效率低、直矩小、重量力的弱大点开 始成制为整个系约统性能瓶颈的。有刷 流电机电直机用采刷电行机进换向,械带来了噪 声火花和,对机器系统人中其设他备生产了干,影扰了响统地系定性稳 无。直流刷电机具效率高、有力矩大重、量轻等优点,采电用方式进行子相,消除了换换相火花 ,好较地补了有刷直弥电机流不的足。用刷无流电直作机机为人器动的机构,力可显著 提电高源利用的效、率机器人动运速度与加速,度高提系统了的可性。靠是相但有比直 刷流电机 ,刷直无电机对流动电路和驱控制的器求较高要。 章将本详细阐述刷直无电流的机 结构和工作理原并,提供无电机刷的动驱的考电路。参 本设计选用了瑞 M士AXN 公司O制研产的生 E-C54F alt 型位有传感器置无式直刷电流机,额 定电 压2V,1定额率 功3Wa0tt。本书中所到的提“无电刷机在”不特殊做明的情况说 下均 指MAONXEC-4 5Fl t 型a有“置传感位式器无直刷流机”电。

52.. 无1刷流直机电构结和工作理

原无

刷直流电从结机构上看来,与传 的统流电直机要主区在别: 用装于有永体磁转子取的代 有刷流直电的机定磁极子;用具 有相绕多的定组取代子枢电;用 由变逆器和子位置转传感器 成组的电子换向器取代械换向器机电和刷。因,此无直流电机刷般一永磁电由本体机、 变逆和转器子置位感传组成器无刷直流。电控制系统机的本基结构如下 5.1图4 所。

示 5图.14无 刷直电机控流系统的制构示意图结 流直刷电无机动磁永电机体包括带本有电绕组的定磁子和永磁子。转 统有刷传流直动 电机用电刷以机械方采法行换进相,具有旋转的枢电固和的定场磁,因,此有直流电刷动必机须 有一个滑动接触结构的—电刷和—换向器 通,它过向转们动的电着供电枢。 流直无刷动电 却机与者前相,反它有具旋的永磁转转子固和定的磁电组。这绕,样子电换线路向中功率的 关元件,如 开MSO 或管控硅等可可接直电磁与组连接绕,以便实于现子换相电转。子到达 定指置位时需改电磁绕组导通变,相为 了现实一功这能 ,刷直流电无必机有转子位须置馈反 置,比如霍尔装元件光、码电等,或者盘利用梯反形电动势点进行反向电动势过特检测。

Fa零ntaia sRoboCpuS S L0209

MXONAE -4C5 Flat型 刷无流电机采直用三霍尔器件作为位置个感器,传 互 12成0°角安装。度 刷直流电无机质本可上作是一看台用子换电装相取代机置械换装置的相直流机电

。安装在电机 上位置传感的器来检测子在转转运过程中位置的 ,转将磁极子的置位号转换信成电 信号 ,为电换子相路电提供确正换的相息信 ,控制电来换相电路中子的功率开管的关关状态,开 证保电机相各正确按序顺通导, 在间形空成跃式的旋转磁跳, 场动驱永磁子转连不断地旋续 。 无转直刷流机电以相星形三方进行连式接,如下图5. 51 所示。通控制 过、BA、 三相电 C磁组的绕电方流向可,改变各相以生的磁产方向。场我 假设在们 AB、C 、三电流流相入正为,电方流向与圈线产磁生方向相场同。图中 如Stpe 所示, 对1C 相施正加电压向,对 B相施反加向电压,A 处相于高态阻,C、B 两相产在 Sep2t 态, 状 对A 相施正加电向压,对 B相 加施反向电压 ,的生磁合场方指向方位 1 向 。 C相处于高阻态,、A 两相产B生合磁的场方向指向 2磁场。偏转生产磁扭矩,驱电动磁永 转旋子转。

图 5.

5 1无刷流直机电相换理原 此循如环复往 便,以可现实刷无直流电的机连续作。 工无刷流电直机正的换转状相图态 下如 5图1.6所 。从示态 状1至状态 ,A 6= 11Z00,BZ 00=Z11,Z =C1Z 1Z0,其0 Z 中为阻 高。态反转与之似类

Fatania RosoCbp uSL 2S009

.56 1刷无流电机直相状态图换

5.2.2 无直刷流电机的驱动式方

刷直流机电驱的动需要成的功能和有刷完流直机电类, 主要的似两项功就是换向和能 速调 。刷无直电流的换机向通调过转整的换相子序来顺实, 现速调过通整调枢电电大小流 制控场强磁改度变换周期相来现。 无刷直流实机的电子换相电需要逆变器完成, 来逆器用变控制电动机定来子各相上绕组 通的电序和顺间时,主 由功要逻辑率关单开元和置位感传信号处理单元两部器组分成 。功率逻 开关单辑元是控制路电核心,的 功其是能电源的功率将一以定逻的关辑分系配电动机给子定上 的各绕组相 ,以使动机电产持生不续断的矩转 。各绕相组导通顺和序时间主取决要于位置 传器的感信号 。 5图17 为.无刷直电机两流导通、两六状全态逆桥变示意图两两导通方式,指是一瞬 每间有个两率管功导,每个通 /61 期周电角度(换)相次,每一换次一个相功管,每一率个 率功导通管 102电°度。角功率管各次依通导当,S 5W和 SW 4导通时电流,经过S W 5流入到 相C组绕, 从B 相绕组出,流经过S 4W 回到源电

。图 5.1

全7逆桥示变意 图根据无刷直电流的换机原理可相,知 机电相各电要流根据当的转子位置前来确定 ,各 即组绕的相电压与位传置感的器出值输严有的对格关系应 。个三霍传尔器互感 成21°0安在装 机定子之电,上用于检测转位子置控制器,过通霍传尔感

器的信控号制功各管率的通断。 图 下5.1 8示显正转时霍尔了感传器输出值与相相各压的对应关电,表 系51. 显8了正转时霍 示尔传感器输出与各功值率的通断的对应关管。系

aFtnais RaboCoup SLS 0290

5图.18霍 尔传器输出与相感电的压对应关(系转正 表)5 .2霍 传尔感输器出功与率通断管对应关的(正系转 )电流向 C方 ABBA C BC BA CA 导的通功率 管W5;SS4 SW1WS;W 4S1;WSW 6SW3S;W SW3;6SW 2SW;S52

W

霍传感器输出值(尔CBA) 10 00110 0 0111 00 111

0整个无直流刷动机电控的制核心环,节是换一,二是相度速控制。前讨面了直流论无 刷动机的换电相理原,即应于对置位测信检号按,照换时相序控六个功率管的通制,就断可以 三相绕组建在立正确磁场,的获连续的得动力矩转。实上事所谓,无的直流电动机刷度控速制 就,将合适是定子绕组的与直电流源通导对导,相进通行PW M 脉宽调制进,影而磁场响强度 改,变转力动矩,调速整度小[大2]。 1逆器变一桥同臂部上关开元件下和开部关件元在制波半调周内期仅一个有管多次子开 和关通断而,另个管一子此半周在期始终关闭,这内调制方种叫单极法调性制。而半在周 期内,一同桥臂上的部下分开元件关补互开通调的制方,法称为之双极调制性[9。 ] 表.5 3尔霍感器传输值(出CA) B100无刷直流 机单电极 PWM 性速时调序(向正 )WS 10S 2 W SW3 00 WS4 WPMSW 51SW6 0

FnaatiasR ooCbp uSSL200 9

101 0

1 001 1010 11

10 1 0 00

0

0 PW0 MWPM

00 11 0

PWM 0 0 0 0

00 00 1

0 WM PWMP0

按照0 表53. 中控的制策略以得到,可每一个在换状相,态有仅个两率管有功,其效四它个 率功处于关管状态。断在 这个有两的功效率中处于下管臂桥的功管率 S(2、 SW4W、SW 6)受 控器输出的 制PM 控W制而,处于桥上臂的率功管(WS、S13、WW5)S始终处导通状 于。态设计本用使单极了 性WPM 脉宽调制

5。2.3. 三全相逆桥变路的电设计

直流在无电动刷控制系机统,中逆变 电路有占其极重要地位的。 控制变电逆路中功率管 的导通顺序 导、宽度可以实通对现刷无动电的定机子组的换绕和流调的压功能 它。直流无 将刷动电的机换与调压流时同实现,两始者配合一致终,且而与间直中环流无节关,加了调快节速度 改善了动,态能性。 5图19 .逆变电路的结构是图

。图 .519三 全相逆桥电变路结图构显然, 结图构中所示电路不的能满足要求首先。,同一的相上下桥存臂同时导在的危 险通,当 AH、 A L时为同时高 ,OS 管 MQ、 12 Q同时导通电将短路,源大 流电致导M OS管 Q 1 、Q2 毁;烧次,其若桥臂关下,则闭桥臂上效,失为 因 N沟道 OS 管只有在栅M电源 压UGS 大于启电压开

时才能有导通效一, 旦AL关闭,则 Q 1 的极处源浮于状态,地致导MOS 管 法无正开常。启经过 分析计,算面给出下一了简种实单用分的离三相件桥逆变电路,如全下图5. 02所 示 以,A 相驱 桥动为臂例

Fantas。a RoibCuopSSL 0092

5图2.0 分离件相三桥全变电路(A 逆)相 桥上采用臂P 型 MSO管 电源电,直接施加在压 QB 的1极,三源极 管1T 起电放流大和上桥 关断臂; 当AH 为高 ,VAH3=.3V 反向用作。 A当H为 时低 ,T1关 断 Q1,B栅 源电 V压G=VCEST(1) ,时, VG有 > StVh =V1, V GS为 1QB的栅 源电压, tV 为hMOS 管的开启 电。VG压 满足S 开启电压要,该求路电结能构够靠可启开和关各桥断上的臂率功 OSM管。在 电路 中1 和 R2R逆变电路。 该 路电单简实、用结 紧构,凑控 制器只需在动驱波形加入中区死间时即可稳定对逆地变 器各桥臂中通的进断控行, 产制正确生的刷无直流机电控制时。序 为了可能尽地高提逆变 电路高可的性靠,保逆变护路电无刷直流和机电,还必要须考虑制控失效的情况。器旦一制 控器给错出误时序,能不确正地插入死时区间,会直将接致导上、下桥两功臂 MOS 同时率 通导而烧被。另外由毁 P 型于MOS 管 结电的阻大较,发热 N 型 MOS 较管大稍因。,此必有要 电路结构进对行进步的一完善,以提经济型高保、证靠可。图性5. 22 改为后的电进路 原理图 。进方改案用了采选用美国国际流整公器的司(Itneratinonal RctifiereCo pamyn)出推集的 成路电IR 1230 作为 OSMET F专驱用动芯其内部结构框片图图如5. 2 1示所。

作为拉电阻,能够下证保当 A H 和A 无信L输入号(阻或开路高)时处低于平电态状,护

图 保.25 I1R2031内部结构框

图anFtais aRbooup CSL 200S9

I在R2031 部内但不集成有立独逻的辑源与逻电信号相辑接来实连与现户用冲脉成部形分的 匹配, 且而还集成滞后和下有特拉的施密特触性发的器入级, 以及对每输周个都期上 有升下降或沿发触的关逻辑和两个通道断上的时延及压欠锁单封元 欠。封压单锁保证元驱当动路电电压足时封不锁驱动信,防号被驱止动MO S 器件退饱 和区、进入出放区而损坏,这大在实际使用中非常点重。更要重为要是的IR210,3 善完的 设, 使它计身可对自入的输两通道个信之号间产合适的生时延,保 了加到被证动的逆变桥中驱 一桥臂同上的两个MO S器件的 动信号驱之间一有个锁的死互区时间,而因止防了逆桥变中 的、下上桥臂两 MOS 器件同时导个,而通生发流电直直通短源路危险。的

图 5.22 进后的三改相全逆桥电路(A 相变 当)下导管时,电通通过源1N581 2自为举电容充电电容两,电压端接近电源压电;下当 截管时止电容,负端

电压升上,由于容电端两压电能不变跳,此电时容端正电等位电于源 压加电负上电端,使二位管截止极此,时,果如上导通脉冲管到来,上导通,电容管端接负 近源正电电极,电位两容电端压能不跳变,此时容电端正电位等于 2倍电电源,压可保证以 上管可靠导。通自举 容的容电量取选否得当关系是其到充后电的储能能否功使管率全导完通 。量过容 小充则后电储不能,够 容量过大充电则回的路电充时间长较 在高频情,况下电则容充电不充 导致分储能不够使而得功管不能率完导通全。由图5 22.的 接连系关可以知快恢道二极复管 恢复特的性(截从止到导状态)明显通的响影自举电到容充的电恢复特性,则好充充电,分反 自之电容举很充电充难,分 因自此举容和电恢快复二极管的选择驱动在路里至关重电。要经 过算计和验实选择,选取自电举容容为量1.1 u,快速可F恢复极二为管1N5 12。8

5.2.

基于 M4C3035 3无的刷流电机直控器制

MC30353是 一款高性能无刷流电机控直器制 ,包含它位置有感传型无器直数电机流开环控 制需所的大分部效有功能是,一功能齐全的无种直刷流机控制电器。

F

antsiaaRobo Cp SuSL 2009

.25 3MC3303 引脚5封装和M 3C0335无刷直 流机电控器制采双用极性模拟工艺造,可制任何恶劣在的工业环境条件 保证高品下和质高定性。稳该控制 器内可含用正于确整时序流的转位子置译器码 ,及可 以对传器感温的度行进补偿的考参电平 ,时同它具还一有个频可编程的锯率波振荡器齿、一个 误差号放大器、 信个一脉调冲制器比较器、 个三集极开路电顶端动输驱出和三个非常适于用 驱功率场动应效(MOSFE管T的大电流)图柱式腾底输出部器。外,MC3此3350还有 欠锁定 能功 同时带有,选可间时迟锁延关断模存的逐周式流限性以及内特热关断等部特。性 典其型的 机控制功电包能括环速开度正、或反向、向运行能使。

等FnatsaaiRoboC p uSS 2L090

图 .524MC 33305内部 构框图 MC结30335 的中误放差大、振荡器器、冲宽脉调制、度电流限制电路、内片压电参、考 欠锁定压电、路驱动 出输路以及电关热断等电路工的原作理操作方及法与它其类同芯的片 方法本类基,这似里不述。 多表5 . 4M3C305 引3定脚

Fanta义ias Roboup SSL C0290

脚号 编1,,24 234,5 ,67 981 011 1 13 12 145 1 167 18

功能

义定三 个电极集开顶路端驱动出输用于驱动外,部端上功率关开晶体 正管向反/向输,用入改于电机变转 向个三传器感入输用于,控制整流序列输出 使能高,平有效电。脚该为电平时,可高电机使转动 此输为振出荡定器时容电CT提充电供流,并电为差误大器放供参提考电,压

也可向传感以器 提供源 电流检电同测输入向在。个一定给振荡器周的期中一,相对个管于15为10脚0V的m号可中止信 输开出导通。关通常管脚此接到电流检测连的上 振端荡引脚,振器荡率频定时元件RT和由TC所择的参选值数决 定误信差放大号同向输器。通入连常到速接度设置位器电上 差信误号大放反器向输。在入环开用应情下,况此入通输连常接到差误大器放输出 误差端放大器输/P出W输入。M闭在环应用况情下,管此用脚作补偿 故障输出端当。列下的一任或多个条件满时足集,极电开路出端被触发而输变为低无;效的传 感输入器码,流电检测超100过Vm低,电锁压定热关或断 流电测反检向输入端用于。给部100mV内限电门提压参供考地该,脚通常管接到连电流检 测电的阻底端 管脚该于用控为电制路供一个分离提的接地点并可以,为参作考返到回源电地正 源。电ccV10V在~0V3的范内,控制器均可正围常作工 部驱底动出输的端电压是由该高管脚供提的它,的工范围作1从V0~0V

1932,0,1 这2三图腾柱个底部式动输驱出设被用计直接驱动于外部部功底率关开晶管体22 2 3管此的脚电气状态可定控制电决是工作路在60°高电(状态)平是还20°1(电低平态)状的传 器电气相位感输入状下态输出 能使。管该为低脚允时许机电行运,高时电机运行停止

在为际应实用我们通中用电常子调器 M速C3303 9配合MC 3330 实5现刷无直电机流闭的环 速,参考电调路下图 5.2如 所示5

。F

atasnai oboCupRS L S2090

图.25 MC35033 5与 CM33093构 的无成刷直电机流制器 M控C3303 5 M与C3303 9构成无刷直的流机电控制电路器各部分能功介绍: 4、脚56 是传、器位置感号信输,入CM3035 3过对输入位置通号信码对译输应 出动驱电。机三个信这号 与TL T平兼电容。输当全“入”0或1“表示”法非信。号故输 障端出(引脚1 4)出有效输电平低通过选择。脚 22引来 确定入三相信输相号位差为 06还是 °10°。 2阻容 TRC、 T与部内振荡产生锯器波齿作为 ,PWM 载波号,信从M 3C3305 的0 1脚入输锯齿,波值幅为 .51~4V.V。为防止1噪干扰声载波频率,宜过低,但频不 率太高容使易率管过功热建议载波频,率为 0k2zH~03kHz。锯齿由引波脚8 输出的6 2.4V 参考压电 经T R CT对 充电通,内过电路部放所电生。由产引 脚1 给1速定 电度压以及自来MC3303 9引 脚5的 速度波方号经积信分成形波信斩号锯与齿波成 形WMP。误输差出、PW M入输、部锁存内、桥上下、、错误信号对应桥时关系间如下 图.562 示所。构成环的闭主要理原当是载负变改(如变大),则 电机速下降度 测,速 M器C30393 脚引 5出输波密方变度低此信号,经分积形

成斩波号后信幅抬值高 则使,出输P M W占比加大空,出电流增加输,然自度逐渐提高速以,达输出到跟踪 入。

输F

atansa RiboouCpSS L 209

0

5. 26 C33M05 驱3原理动 引脚8 输出6 .2V 参4电考,可压为 M3C0339 霍尔和传感器电供。引 脚1 1为调 端,该引速脚地电压对越则电机高速转高越,对于简的应单用说来该,电可 压过电位通对器 脚8参电压进行分考压得。获  通电过相机电采流样转化为电并输入到引压脚9 ,此电信号压输芯片内入比部 器正较端。当此压高于电1 0m0 时说V过明,故障信号输流出。到过直流信 消失,故障信号号也动自复位。 6 输出个脚分引连接到别、上下桥臂 六个功率的MO FSTE 上 采,单用性 极WPM 宽调制方脉对式机电进驱行。在动每个一相状态,换仅两有功个率有效管其 它四,个率管功处关于状断。 态在这两个效的有率功管中于处下臂的桥功率管受控制器输 出 P的WM 控制,处于上而臂的功桥率始管终处于通导状。6 个态输 出引脚通过串接一可几十只到百几的欧电来阻动功驱管率。

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ntaasi aRboCoupSSL 0092

5.2无刷直流电 机动

驱着 Rob随ouCp小 组比型的赛展,发更先的进能决智策统和系控算法开制始现出,对机 人速度器加速度、轻和化量的求要也越来越高,有刷流电机效率低、直矩小、重量力的弱大点开 始成制为整个系约统性能瓶颈的。有刷 流电机电直机用采刷电行机进换向,械带来了噪 声火花和,对机器系统人中其设他备生产了干,影扰了响统地系定性稳 无。直流刷电机具效率高、有力矩大重、量轻等优点,采电用方式进行子相,消除了换换相火花 ,好较地补了有刷直弥电机流不的足。用刷无流电直作机机为人器动的机构,力可显著 提电高源利用的效、率机器人动运速度与加速,度高提系统了的可性。靠是相但有比直 刷流电机 ,刷直无电机对流动电路和驱控制的器求较高要。 章将本详细阐述刷直无电流的机 结构和工作理原并,提供无电机刷的动驱的考电路。参 本设计选用了瑞 M士AXN 公司O制研产的生 E-C54F alt 型位有传感器置无式直刷电流机,额 定电 压2V,1定额率 功3Wa0tt。本书中所到的提“无电刷机在”不特殊做明的情况说 下均 指MAONXEC-4 5Fl t 型a有“置传感位式器无直刷流机”电。

52.. 无1刷流直机电构结和工作理

原无

刷直流电从结机构上看来,与传 的统流电直机要主区在别: 用装于有永体磁转子取的代 有刷流直电的机定磁极子;用具 有相绕多的定组取代子枢电;用 由变逆器和子位置转传感器 成组的电子换向器取代械换向器机电和刷。因,此无直流电机刷般一永磁电由本体机、 变逆和转器子置位感传组成器无刷直流。电控制系统机的本基结构如下 5.1图4 所。

示 5图.14无 刷直电机控流系统的制构示意图结 流直刷电无机动磁永电机体包括带本有电绕组的定磁子和永磁子。转 统有刷传流直动 电机用电刷以机械方采法行换进相,具有旋转的枢电固和的定场磁,因,此有直流电刷动必机须 有一个滑动接触结构的—电刷和—换向器 通,它过向转们动的电着供电枢。 流直无刷动电 却机与者前相,反它有具旋的永磁转转子固和定的磁电组。这绕,样子电换线路向中功率的 关元件,如 开MSO 或管控硅等可可接直电磁与组连接绕,以便实于现子换相电转。子到达 定指置位时需改电磁绕组导通变,相为 了现实一功这能 ,刷直流电无必机有转子位须置馈反 置,比如霍尔装元件光、码电等,或者盘利用梯反形电动势点进行反向电动势过特检测。

Fa零ntaia sRoboCpuS S L0209

MXONAE -4C5 Flat型 刷无流电机采直用三霍尔器件作为位置个感器,传 互 12成0°角安装。度 刷直流电无机质本可上作是一看台用子换电装相取代机置械换装置的相直流机电

。安装在电机 上位置传感的器来检测子在转转运过程中位置的 ,转将磁极子的置位号转换信成电 信号 ,为电换子相路电提供确正换的相息信 ,控制电来换相电路中子的功率开管的关关状态,开 证保电机相各正确按序顺通导, 在间形空成跃式的旋转磁跳, 场动驱永磁子转连不断地旋续 。 无转直刷流机电以相星形三方进行连式接,如下图5. 51 所示。通控制 过、BA、 三相电 C磁组的绕电方流向可,改变各相以生的磁产方向。场我 假设在们 AB、C 、三电流流相入正为,电方流向与圈线产磁生方向相场同。图中 如Stpe 所示, 对1C 相施正加电压向,对 B相施反加向电压,A 处相于高态阻,C、B 两相产在 Sep2t 态, 状 对A 相施正加电向压,对 B相 加施反向电压 ,的生磁合场方指向方位 1 向 。 C相处于高阻态,、A 两相产B生合磁的场方向指向 2磁场。偏转生产磁扭矩,驱电动磁永 转旋子转。

图 5.

5 1无刷流直机电相换理原 此循如环复往 便,以可现实刷无直流电的机连续作。 工无刷流电直机正的换转状相图态 下如 5图1.6所 。从示态 状1至状态 ,A 6= 11Z00,BZ 00=Z11,Z =C1Z 1Z0,其0 Z 中为阻 高。态反转与之似类

Fatania RosoCbp uSL 2S009

.56 1刷无流电机直相状态图换

5.2.2 无直刷流电机的驱动式方

刷直流机电驱的动需要成的功能和有刷完流直机电类, 主要的似两项功就是换向和能 速调 。刷无直电流的换机向通调过转整的换相子序来顺实, 现速调过通整调枢电电大小流 制控场强磁改度变换周期相来现。 无刷直流实机的电子换相电需要逆变器完成, 来逆器用变控制电动机定来子各相上绕组 通的电序和顺间时,主 由功要逻辑率关单开元和置位感传信号处理单元两部器组分成 。功率逻 开关单辑元是控制路电核心,的 功其是能电源的功率将一以定逻的关辑分系配电动机给子定上 的各绕组相 ,以使动机电产持生不续断的矩转 。各绕相组导通顺和序时间主取决要于位置 传器的感信号 。 5图17 为.无刷直电机两流导通、两六状全态逆桥变示意图两两导通方式,指是一瞬 每间有个两率管功导,每个通 /61 期周电角度(换)相次,每一换次一个相功管,每一率个 率功导通管 102电°度。角功率管各次依通导当,S 5W和 SW 4导通时电流,经过S W 5流入到 相C组绕, 从B 相绕组出,流经过S 4W 回到源电

。图 5.1

全7逆桥示变意 图根据无刷直电流的换机原理可相,知 机电相各电要流根据当的转子位置前来确定 ,各 即组绕的相电压与位传置感的器出值输严有的对格关系应 。个三霍传尔器互感 成21°0安在装 机定子之电,上用于检测转位子置控制器,过通霍传尔感

器的信控号制功各管率的通断。 图 下5.1 8示显正转时霍尔了感传器输出值与相相各压的对应关电,表 系51. 显8了正转时霍 示尔传感器输出与各功值率的通断的对应关管。系

aFtnais RaboCoup SLS 0290

5图.18霍 尔传器输出与相感电的压对应关(系转正 表)5 .2霍 传尔感输器出功与率通断管对应关的(正系转 )电流向 C方 ABBA C BC BA CA 导的通功率 管W5;SS4 SW1WS;W 4S1;WSW 6SW3S;W SW3;6SW 2SW;S52

W

霍传感器输出值(尔CBA) 10 00110 0 0111 00 111

0整个无直流刷动机电控的制核心环,节是换一,二是相度速控制。前讨面了直流论无 刷动机的换电相理原,即应于对置位测信检号按,照换时相序控六个功率管的通制,就断可以 三相绕组建在立正确磁场,的获连续的得动力矩转。实上事所谓,无的直流电动机刷度控速制 就,将合适是定子绕组的与直电流源通导对导,相进通行PW M 脉宽调制进,影而磁场响强度 改,变转力动矩,调速整度小[大2]。 1逆器变一桥同臂部上关开元件下和开部关件元在制波半调周内期仅一个有管多次子开 和关通断而,另个管一子此半周在期始终关闭,这内调制方种叫单极法调性制。而半在周 期内,一同桥臂上的部下分开元件关补互开通调的制方,法称为之双极调制性[9。 ] 表.5 3尔霍感器传输值(出CA) B100无刷直流 机单电极 PWM 性速时调序(向正 )WS 10S 2 W SW3 00 WS4 WPMSW 51SW6 0

FnaatiasR ooCbp uSSL200 9

101 0

1 001 1010 11

10 1 0 00

0

0 PW0 MWPM

00 11 0

PWM 0 0 0 0

00 00 1

0 WM PWMP0

按照0 表53. 中控的制策略以得到,可每一个在换状相,态有仅个两率管有功,其效四它个 率功处于关管状态。断在 这个有两的功效率中处于下管臂桥的功管率 S(2、 SW4W、SW 6)受 控器输出的 制PM 控W制而,处于桥上臂的率功管(WS、S13、WW5)S始终处导通状 于。态设计本用使单极了 性WPM 脉宽调制

5。2.3. 三全相逆桥变路的电设计

直流在无电动刷控制系机统,中逆变 电路有占其极重要地位的。 控制变电逆路中功率管 的导通顺序 导、宽度可以实通对现刷无动电的定机子组的换绕和流调的压功能 它。直流无 将刷动电的机换与调压流时同实现,两始者配合一致终,且而与间直中环流无节关,加了调快节速度 改善了动,态能性。 5图19 .逆变电路的结构是图

。图 .519三 全相逆桥电变路结图构显然, 结图构中所示电路不的能满足要求首先。,同一的相上下桥存臂同时导在的危 险通,当 AH、 A L时为同时高 ,OS 管 MQ、 12 Q同时导通电将短路,源大 流电致导M OS管 Q 1 、Q2 毁;烧次,其若桥臂关下,则闭桥臂上效,失为 因 N沟道 OS 管只有在栅M电源 压UGS 大于启电压开

时才能有导通效一, 旦AL关闭,则 Q 1 的极处源浮于状态,地致导MOS 管 法无正开常。启经过 分析计,算面给出下一了简种实单用分的离三相件桥逆变电路,如全下图5. 02所 示 以,A 相驱 桥动为臂例

Fantas。a RoibCuopSSL 0092

5图2.0 分离件相三桥全变电路(A 逆)相 桥上采用臂P 型 MSO管 电源电,直接施加在压 QB 的1极,三源极 管1T 起电放流大和上桥 关断臂; 当AH 为高 ,VAH3=.3V 反向用作。 A当H为 时低 ,T1关 断 Q1,B栅 源电 V压G=VCEST(1) ,时, VG有 > StVh =V1, V GS为 1QB的栅 源电压, tV 为hMOS 管的开启 电。VG压 满足S 开启电压要,该求路电结能构够靠可启开和关各桥断上的臂率功 OSM管。在 电路 中1 和 R2R逆变电路。 该 路电单简实、用结 紧构,凑控 制器只需在动驱波形加入中区死间时即可稳定对逆地变 器各桥臂中通的进断控行, 产制正确生的刷无直流机电控制时。序 为了可能尽地高提逆变 电路高可的性靠,保逆变护路电无刷直流和机电,还必要须考虑制控失效的情况。器旦一制 控器给错出误时序,能不确正地插入死时区间,会直将接致导上、下桥两功臂 MOS 同时率 通导而烧被。另外由毁 P 型于MOS 管 结电的阻大较,发热 N 型 MOS 较管大稍因。,此必有要 电路结构进对行进步的一完善,以提经济型高保、证靠可。图性5. 22 改为后的电进路 原理图 。进方改案用了采选用美国国际流整公器的司(Itneratinonal RctifiereCo pamyn)出推集的 成路电IR 1230 作为 OSMET F专驱用动芯其内部结构框片图图如5. 2 1示所。

作为拉电阻,能够下证保当 A H 和A 无信L输入号(阻或开路高)时处低于平电态状,护

图 保.25 I1R2031内部结构框

图anFtais aRbooup CSL 200S9

I在R2031 部内但不集成有立独逻的辑源与逻电信号相辑接来实连与现户用冲脉成部形分的 匹配, 且而还集成滞后和下有特拉的施密特触性发的器入级, 以及对每输周个都期上 有升下降或沿发触的关逻辑和两个通道断上的时延及压欠锁单封元 欠。封压单锁保证元驱当动路电电压足时封不锁驱动信,防号被驱止动MO S 器件退饱 和区、进入出放区而损坏,这大在实际使用中非常点重。更要重为要是的IR210,3 善完的 设, 使它计身可对自入的输两通道个信之号间产合适的生时延,保 了加到被证动的逆变桥中驱 一桥臂同上的两个MO S器件的 动信号驱之间一有个锁的死互区时间,而因止防了逆桥变中 的、下上桥臂两 MOS 器件同时导个,而通生发流电直直通短源路危险。的

图 5.22 进后的三改相全逆桥电路(A 相变 当)下导管时,电通通过源1N581 2自为举电容充电电容两,电压端接近电源压电;下当 截管时止电容,负端

电压升上,由于容电端两压电能不变跳,此电时容端正电等位电于源 压加电负上电端,使二位管截止极此,时,果如上导通脉冲管到来,上导通,电容管端接负 近源正电电极,电位两容电端压能不跳变,此时容电端正电位等于 2倍电电源,压可保证以 上管可靠导。通自举 容的容电量取选否得当关系是其到充后电的储能能否功使管率全导完通 。量过容 小充则后电储不能,够 容量过大充电则回的路电充时间长较 在高频情,况下电则容充电不充 导致分储能不够使而得功管不能率完导通全。由图5 22.的 接连系关可以知快恢道二极复管 恢复特的性(截从止到导状态)明显通的响影自举电到容充的电恢复特性,则好充充电,分反 自之电容举很充电充难,分 因自此举容和电恢快复二极管的选择驱动在路里至关重电。要经 过算计和验实选择,选取自电举容容为量1.1 u,快速可F恢复极二为管1N5 12。8

5.2.

基于 M4C3035 3无的刷流电机直控器制

MC30353是 一款高性能无刷流电机控直器制 ,包含它位置有感传型无器直数电机流开环控 制需所的大分部效有功能是,一功能齐全的无种直刷流机控制电器。

F

antsiaaRobo Cp SuSL 2009

.25 3MC3303 引脚5封装和M 3C0335无刷直 流机电控器制采双用极性模拟工艺造,可制任何恶劣在的工业环境条件 保证高品下和质高定性。稳该控制 器内可含用正于确整时序流的转位子置译器码 ,及可 以对传器感温的度行进补偿的考参电平 ,时同它具还一有个频可编程的锯率波振荡器齿、一个 误差号放大器、 信个一脉调冲制器比较器、 个三集极开路电顶端动输驱出和三个非常适于用 驱功率场动应效(MOSFE管T的大电流)图柱式腾底输出部器。外,MC3此3350还有 欠锁定 能功 同时带有,选可间时迟锁延关断模存的逐周式流限性以及内特热关断等部特。性 典其型的 机控制功电包能括环速开度正、或反向、向运行能使。

等FnatsaaiRoboC p uSS 2L090

图 .524MC 33305内部 构框图 MC结30335 的中误放差大、振荡器器、冲宽脉调制、度电流限制电路、内片压电参、考 欠锁定压电、路驱动 出输路以及电关热断等电路工的原作理操作方及法与它其类同芯的片 方法本类基,这似里不述。 多表5 . 4M3C305 引3定脚

Fanta义ias Roboup SSL C0290

脚号 编1,,24 234,5 ,67 981 011 1 13 12 145 1 167 18

功能

义定三 个电极集开顶路端驱动出输用于驱动外,部端上功率关开晶体 正管向反/向输,用入改于电机变转 向个三传器感入输用于,控制整流序列输出 使能高,平有效电。脚该为电平时,可高电机使转动 此输为振出荡定器时容电CT提充电供流,并电为差误大器放供参提考电,压

也可向传感以器 提供源 电流检电同测输入向在。个一定给振荡器周的期中一,相对个管于15为10脚0V的m号可中止信 输开出导通。关通常管脚此接到电流检测连的上 振端荡引脚,振器荡率频定时元件RT和由TC所择的参选值数决 定误信差放大号同向输器。通入连常到速接度设置位器电上 差信误号大放反器向输。在入环开用应情下,况此入通输连常接到差误大器放输出 误差端放大器输/P出W输入。M闭在环应用况情下,管此用脚作补偿 故障输出端当。列下的一任或多个条件满时足集,极电开路出端被触发而输变为低无;效的传 感输入器码,流电检测超100过Vm低,电锁压定热关或断 流电测反检向输入端用于。给部100mV内限电门提压参供考地该,脚通常管接到连电流检 测电的阻底端 管脚该于用控为电制路供一个分离提的接地点并可以,为参作考返到回源电地正 源。电ccV10V在~0V3的范内,控制器均可正围常作工 部驱底动出输的端电压是由该高管脚供提的它,的工范围作1从V0~0V

1932,0,1 这2三图腾柱个底部式动输驱出设被用计直接驱动于外部部功底率关开晶管体22 2 3管此的脚电气状态可定控制电决是工作路在60°高电(状态)平是还20°1(电低平态)状的传 器电气相位感输入状下态输出 能使。管该为低脚允时许机电行运,高时电机运行停止

在为际应实用我们通中用电常子调器 M速C3303 9配合MC 3330 实5现刷无直电机流闭的环 速,参考电调路下图 5.2如 所示5

。F

atasnai oboCupRS L S2090

图.25 MC35033 5与 CM33093构 的无成刷直电机流制器 M控C3303 5 M与C3303 9构成无刷直的流机电控制电路器各部分能功介绍: 4、脚56 是传、器位置感号信输,入CM3035 3过对输入位置通号信码对译输应 出动驱电。机三个信这号 与TL T平兼电容。输当全“入”0或1“表示”法非信。号故输 障端出(引脚1 4)出有效输电平低通过选择。脚 22引来 确定入三相信输相号位差为 06还是 °10°。 2阻容 TRC、 T与部内振荡产生锯器波齿作为 ,PWM 载波号,信从M 3C3305 的0 1脚入输锯齿,波值幅为 .51~4V.V。为防止1噪干扰声载波频率,宜过低,但频不 率太高容使易率管过功热建议载波频,率为 0k2zH~03kHz。锯齿由引波脚8 输出的6 2.4V 参考压电 经T R CT对 充电通,内过电路部放所电生。由产引 脚1 给1速定 电度压以及自来MC3303 9引 脚5的 速度波方号经积信分成形波信斩号锯与齿波成 形WMP。误输差出、PW M入输、部锁存内、桥上下、、错误信号对应桥时关系间如下 图.562 示所。构成环的闭主要理原当是载负变改(如变大),则 电机速下降度 测,速 M器C30393 脚引 5出输波密方变度低此信号,经分积形

成斩波号后信幅抬值高 则使,出输P M W占比加大空,出电流增加输,然自度逐渐提高速以,达输出到跟踪 入。

输F

atansa RiboouCpSS L 209

0

5. 26 C33M05 驱3原理动 引脚8 输出6 .2V 参4电考,可压为 M3C0339 霍尔和传感器电供。引 脚1 1为调 端,该引速脚地电压对越则电机高速转高越,对于简的应单用说来该,电可 压过电位通对器 脚8参电压进行分考压得。获  通电过相机电采流样转化为电并输入到引压脚9 ,此电信号压输芯片内入比部 器正较端。当此压高于电1 0m0 时说V过明,故障信号输流出。到过直流信 消失,故障信号号也动自复位。 6 输出个脚分引连接到别、上下桥臂 六个功率的MO FSTE 上 采,单用性 极WPM 宽调制方脉对式机电进驱行。在动每个一相状态,换仅两有功个率有效管其 它四,个率管功处关于状断。 态在这两个效的有率功管中于处下臂的桥功率管受控制器输 出 P的WM 控制,处于上而臂的功桥率始管终处于通导状。6 个态输 出引脚通过串接一可几十只到百几的欧电来阻动功驱管率。

F

ntaasi aRboCoupSSL 0092


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