基于ML4426的電磁型平面微電機轉(zhuǎn)速控制

2017-04-11 11:23:48 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　電磁型平面電機由于尺寸，無法安裝位置傳感器，因此一般采用無位置傳感器的控制方法。這不僅降低了系統(tǒng)成本，減小了系統(tǒng)體積，還提高了系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性。但是，電動機低速時難以檢測到反電

核心提示：　　電磁型平面電機由于尺寸，無法安裝位置傳感器，因此一般采用無位置傳感器的控制方法。這不僅降低了系統(tǒng)成本，減小了系統(tǒng)體積，還提高了系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性。但是，電動機低速時難以檢測到反電勢，一般米用電

　　電磁型平面電機由于尺寸，無法安裝位置傳感器，因此一般采用無位置傳感器的控制方法。這不僅降低了系統(tǒng)成本，減小了系統(tǒng)體積，還提高了系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性。但是，電動機低速時難以檢測到反電勢，一般米用電動機運行方式與反電勢換相技術(shù)相結(jié)合的控制方式，起動時采用同步電機運行方式，運行到反電勢足以能夠被控制器精確檢測到時，再切換到反電勢技術(shù)來控制換相。結(jié)構(gòu)原理框如圖控制器米用美國Microlinear公司生產(chǎn)的專用控制芯片ML4426.其特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低以及開發(fā)周期短。文中介紹ML4426的主要特性、工作原理及其在電磁型平面微電機控制中的應用。

　　1ML4426的主要特性ML4426是為星型或三角形接法的無位置傳感器三相無刷直流電動機驅(qū)動控制而設計的專用控制集成芯片，采用28腳雙列表面封裝。其主要特性如1所示。

　　國家973資助項目：編號：G1999033102下：可單臺工作，外圍電路元器件少，電路簡單，可靠性高；不受PWM噪聲和電機沖擊電流的影響，能提供最小無抖動轉(zhuǎn)矩；采用PWM控制方式，提高了電機功率，減小了驅(qū)動模塊尺寸；可實現(xiàn)電流和速度雙閉環(huán)控制；通過設置一個電流傳感電阻，可調(diào)節(jié)功率級和直流無刷電機的最大電流；軟起動功能可限制起動電流過流檢測和欠壓閉鎖功能，實現(xiàn)對電機的保具有正、反轉(zhuǎn)和制動剎車功能。

　　2ML4426的結(jié)構(gòu)及工作原理能方框圖及其應用電路。控制功能包括：起動電路、反電勢取樣電路、換向控制邏輯、PWM速度控制、高端和低端柵極驅(qū)動、電流限制和欠壓保護。現(xiàn)將其當系統(tǒng)剛上電時，電動機處于靜止狀態(tài)，此時定子通一恒定的電流，將電機轉(zhuǎn)子拉到一確定位置，然后以同步方式起動，直到其反電勢能夠被檢測到。起動主要分為三個步驟：校準復位、開環(huán)加速、閉環(huán)加速。

　　2.1.1校準復位當ML4426芯片上電時，芯片開始以恒定的0. 75uA電流向17腳外接電容Crst充電，當17腳電位達到1.5V時，校準復位階段結(jié)束。

　　在復位校準期間，芯片的17腳與19腳處于低電平狀態(tài)，10腳處于高電平狀態(tài)，導致P型通道P1、3導通，N型通道N2導通，電機處于三三導通方式，轉(zhuǎn)矩較大，從而在第一個換向狀態(tài)進入中心位置之前，將電機轉(zhuǎn)子校準到30°電角度位置上。復位時間由17腳接地電容Crst設定：（1'0*V7）5uA：RST校準狀態(tài)必須要有足夠長的時間，否則導致起動失敗。復位時間長短取決于電機、負載、摩擦阻尼、渦流2.1.2開環(huán)加速75uA電流向19腳接地電容Cen充電，與此同時0. 5uA的電流將向20腳外接RC濾波阻容網(wǎng)絡充電，使得VCO（壓控振蕩器）的頻率開始線性升高。當Cen腳電位達到1.5V時，開環(huán)加速階段結(jié)束，系統(tǒng)進入閉環(huán)加速模式。

　　開環(huán)加速的時間由19腳接地電容Cen設定：如果電動機運行時閉環(huán)失敗，則增加Cen的值，延長時間t，直到能夠閉環(huán)為止。

　　2.1.3閉環(huán)加速5V時，電機轉(zhuǎn)速超過100r/min，反電勢足以被檢測到，電機進入閉環(huán)換向狀態(tài)，此時20腳電壓與VCO的頻率都保持線性升高。當20腳電壓接近8腳設定的電壓時，PWM電流控制模塊開始工作，控制電機的電流并使電機轉(zhuǎn)速保持恒定，系統(tǒng)進入穩(wěn)定的PWM速度PWM的斬波頻率由6腳的接地電容Csc設定，控制模式。其值越小，斬波頻率越低。斬波關斷時間由26腳接地電容Cos設定：t= 2.2PWM速度控制當20腳電壓等于8腳設定的電壓時，5腳的Cpwi電容開始充電，并且與6腳接地電容產(chǎn)生的鋸齒波比較，可產(chǎn)生一定的占空比，從而產(chǎn)生PWM信號去控制N型通道的功率開關，實現(xiàn)PWM速度控一般取值小于0.5us.速度控制精度由5腳的RC阻容回路調(diào)節(jié)，其值計算公式如下：J一電機與負載轉(zhuǎn)動慣量總和（Kgm2）Ke―反電勢常數(shù)（V/Rad）R一電機轉(zhuǎn)子阻抗（A）freq―速度環(huán)路帶寬（Hz）Ucc一供電電壓（V）N―電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)2.3交叉?zhèn)鲗П容^器ML4426在校準復位階段時，P3導通，當換到斜坡加速模式時，P3關斷同時N3導通，這就有可能導致三相功率橋交叉?zhèn)鲗А４送猓β势骷嬖趯ê完P斷的時間差異，也可能導致交叉?zhèn)鲗В瑸榻鉀Q這一問題，用一比較器將P3電平與Vdd-3V電壓比較，只有當P3電平低于Vdd-3V時，N3才導通，從而避免了交叉?zhèn)鲗А?/div>

　　2.4電機的正反轉(zhuǎn)控制通過控制12腳與地之間的通斷來設定電機的正反轉(zhuǎn)。

　　2.5電機的制動當ML4426的25腳BRAKE電平降到1.4V以下時，內(nèi)部比較器強制3個P型通道關閉，3個N型通道導通，同時電流限制被禁止，從而實現(xiàn)電機快速制動。若不需要快速制動，則可將ML4426的25腳與17腳同時接地，當電動機靜止時，將ML4426的25腳與17腳同時與地斷開，ML4426不需要重新上電即可實現(xiàn)電動機的重起動。

　　3設計控制器應注意的幾個問題bookmark4率的上升率應當小于電動機的加速率，也就是說，在開環(huán)步進模式下，電動機必須能夠跟上VC0頻率的變化，否則將導致起動失敗。

　　波頻率太低，小于20kHz，電動機中的磁致伸縮效應將產(chǎn)生噪聲；如果斬波頻率太高，大于30kHz，那么功率級驅(qū)動就會產(chǎn)生嚴重的開關損耗。

　　3）對于驅(qū)動電壓較高的電機，由于在制動時，電流限制被禁止，如果強行制動，可能導致電機線圈燒毀，BRAKE腳要慎用。

　　反轉(zhuǎn)信號才有效，否則會導致電機反轉(zhuǎn)起動失敗。

　　高。如果電機轉(zhuǎn)動慣量較大，電機轉(zhuǎn)子在加速階段有可能跟不上壓控振蕩器的頻率，從而導致起動失敗。

　　此時21腳必須接一個電容至地。

　　并且此電容僅在加速階段接通，從而降低加速率。此電容大小為：J―電機和負載的轉(zhuǎn)動慣量之和（KgXm2）Kv―壓控振蕩器的增益（Hz/V）N―電機的極對數(shù)Kt―轉(zhuǎn)矩常數(shù)（Nm/A）C1，C2*腳外接阻容濾波網(wǎng)絡電容（F）本實驗所采用的電磁型平面微電機是三相Y型，無位置傳感器結(jié)構(gòu)，采用+ 6V直流電壓供電，最大工作電流為1.5A，額定轉(zhuǎn)速為15000r/min，極對數(shù)為3，電樞回路電阻6.4a是電機在Cvc=5F和Cvc=2.2F情況下電磁型平面微電機的調(diào)速特性曲線。實驗結(jié)果表明：1）電動機以開環(huán)步進方式起動，此時VC0頻（下轉(zhuǎn)第46頁）高小，閻治安，金亮亮，洪維華。一種新型壓縮機驅(qū)動用直線永磁電動機的研究。微特電機學科發(fā)展綜述一第五屆微特電機專業(yè)委員會學術(shù)交流會論文集，（北張廣溢。直線電機靜態(tài)橫向邊端效應研究。微特電葉云岳，陸凱元。直線電機的PID控制與模糊控制。電工技術(shù)學報，2001，16（3）：11-15 1963-），男，教授，研究方向：電機及其控制技術(shù)、電力電子及電源變換技術(shù)。

　　（上接第39頁）ML4426芯片的8腳控制電壓Vcm與電機轉(zhuǎn)n呈現(xiàn)出很好的線性關系；芯片的15腳接地電容Cv，的電容值越小，則最低轉(zhuǎn)速越小，最高轉(zhuǎn)速越大，轉(zhuǎn)速范圍越廣；用同一控制電路驅(qū)動電機帶動不同慣量的負載，在控制電壓一定的情況下，轉(zhuǎn)速基本不變，只對校準復位和起動時間有影響。

　　轉(zhuǎn)速精度高，當轉(zhuǎn)速大于2000r/min時，誤差小于0.1%，當轉(zhuǎn)速大于5000時，誤差小于0.02%.通過調(diào)節(jié)5腳的RC阻容回路，可以獲得良好的控制精度。

　　5結(jié)論采用ML4426芯片構(gòu)成的電磁型平面微電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)簡單實用、線性度好、控制精度高，易于與微處理器組成微控制系統(tǒng)，ML4426接受微處理器的不同控制信號，對帶有不同轉(zhuǎn)動慣量負載的不同電機轉(zhuǎn)速控制進行優(yōu)化，此法在工程中得到了應用并且獲得了滿意的效果。