核心提示：　　電磁型平面電機(jī)由于尺寸，無(wú)法安裝位置傳感器，因此一般采用無(wú)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(dòng)機(jī)低速時(shí)難以檢測(cè)到反電勢(shì)，一般米用電

　　電磁型平面電機(jī)由于尺寸，無(wú)法安裝位置傳感器，因此一般采用無(wú)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(dòng)機(jī)低速時(shí)難以檢測(cè)到反電勢(shì)，一般米用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式與反電勢(shì)換相技術(shù)相結(jié)合的控制方式，起動(dòng)時(shí)采用同步電機(jī)運(yùn)行方式，運(yùn)行到反電勢(shì)足以能夠被控制器精確檢測(cè)到時(shí)，再切換到反電勢(shì)技術(shù)來(lái)控制換相。結(jié)構(gòu)原理框如圖控制器米用美國(guó)Microlinear公司生產(chǎn)的專用控制芯片ML4426.其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低以及開(kāi)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(jī)控制中的應(yīng)用。

　　1ML4426的主要特性ML4426是為星型或三角形接法的無(wú)位置傳感器三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)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(guó)家973資助項(xiàng)目：編號(hào)：G1999033102下：可單臺(tái)工作，外圍電路元器件少，電路簡(jiǎn)單，可靠性高；不受PWM噪聲和電機(jī)沖擊電流的影響，能提供最小無(wú)抖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；采用PWM控制方式，提高了電機(jī)功率，減小了驅(qū)動(dòng)模塊尺寸；可實(shí)現(xiàn)電流和速度雙閉環(huán)控制；通過(guò)設(shè)置一個(gè)電流傳感電阻，可調(diào)節(jié)功率級(jí)和直流無(wú)刷電機(jī)的最大電流；軟起動(dòng)功能可限制起動(dòng)電流過(guò)流檢測(cè)和欠壓閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保具有正、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)剎車功能。

　　2ML4426的結(jié)構(gòu)及工作原理能方框圖及其應(yīng)用電路。控制功能包括：起動(dòng)電路、反電勢(shì)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(dòng)、電流限制和欠壓保護(hù)。現(xiàn)將其當(dāng)系統(tǒng)剛上電時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)定子通一恒定的電流，將電機(jī)轉(zhuǎn)子拉到一確定位置，然后以同步方式起動(dòng)，直到其反電勢(shì)能夠被檢測(cè)到。起動(dòng)主要分為三個(gè)步驟：校準(zhǔn)復(fù)位、開(kāi)環(huán)加速、閉環(huán)加速。

　　2.1.1校準(zhǔn)復(fù)位當(dāng)ML4426芯片上電時(shí)，芯片開(kāi)始以恒定的0. 75uA電流向17腳外接電容Crst充電，當(dāng)17腳電位達(dá)到1.5V時(shí)，校準(zhǔn)復(fù)位階段結(jié)束。

　　在復(fù)位校準(zhǔn)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(dǎo)致P型通道P1、3導(dǎo)通，N型通道N2導(dǎo)通，電機(jī)處于三三導(dǎo)通方式，轉(zhuǎn)矩較大，從而在第一個(gè)換向狀態(tài)進(jìn)入中心位置之前，將電機(jī)轉(zhuǎn)子校準(zhǔn)到30°電角度位置上。復(fù)位時(shí)間由17腳接地電容Crst設(shè)定：（1'0*V7）5uA：RST校準(zhǔn)狀態(tài)必須要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，否則導(dǎo)致起動(dòng)失敗。復(fù)位時(shí)間長(zhǎng)短取決于電機(jī)、負(fù)載、摩擦阻尼、渦流2.1.2開(kāi)環(huán)加速75uA電流向19腳接地電容Cen充電，與此同時(shí)0. 5uA的電流將向20腳外接RC濾波阻容網(wǎng)絡(luò)充電，使得VCO（壓控振蕩器）的頻率開(kāi)始線性升高。當(dāng)Cen腳電位達(dá)到1.5V時(shí)，開(kāi)環(huán)加速階段結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)加速模式。

　　開(kāi)環(huán)加速的時(shí)間由19腳接地電容Cen設(shè)定：如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)閉環(huán)失敗，則增加Cen的值，延長(zhǎng)時(shí)間t，直到能夠閉環(huán)為止。

　　2.1.3閉環(huán)加速5V時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)100r/min，反電勢(shì)足以被檢測(cè)到，電機(jī)進(jìn)入閉環(huán)換向狀態(tài)，此時(shí)20腳電壓與VCO的頻率都保持線性升高。當(dāng)20腳電壓接近8腳設(shè)定的電壓時(shí)，PWM電流控制模塊開(kāi)始工作，控制電機(jī)的電流并使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定的PWM速度PWM的斬波頻率由6腳的接地電容Csc設(shè)定，控制模式。其值越小，斬波頻率越低。斬波關(guān)斷時(shí)間由26腳接地電容Cos設(shè)定：t= 2.2PWM速度控制當(dāng)20腳電壓等于8腳設(shè)定的電壓時(shí)，5腳的Cpwi電容開(kāi)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(hào)去控制N型通道的功率開(kāi)關(guān)，實(shí)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(jì)算公式如下：J一電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和（Kgm2）Ke―反電勢(shì)常數(shù)（V/Rad）R一電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)2.3交叉?zhèn)鲗?dǎo)比較器ML4426在校準(zhǔn)復(fù)位階段時(shí)，P3導(dǎo)通，當(dāng)換到斜坡加速模式時(shí)，P3關(guān)斷同時(shí)N3導(dǎo)通，這就有可能導(dǎo)致三相功率橋交叉?zhèn)鲗?dǎo)。此外，功率器件存在導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間差異，也可能導(dǎo)致交叉?zhèn)鲗?dǎo)，為解決這一問(wèn)題，用一比較器將P3電平與Vdd-3V電壓比較，只有當(dāng)P3電平低于Vdd-3V時(shí)，N3才導(dǎo)通，從而避免了交叉?zhèn)鲗?dǎo)。

　　2.4電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制通過(guò)控制12腳與地之間的通斷來(lái)設(shè)定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

　　2.5電機(jī)的制動(dòng)當(dāng)ML4426的25腳BRAKE電平降到1.4V以下時(shí)，內(nèi)部比較器強(qiáng)制3個(gè)P型通道關(guān)閉，3個(gè)N型通道導(dǎo)通，同時(shí)電流限制被禁止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速制動(dòng)。若不需要快速制動(dòng)，則可將ML4426的25腳與17腳同時(shí)接地，當(dāng)電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，將ML4426的25腳與17腳同時(shí)與地?cái)嚅_(kāi)，ML4426不需要重新上電即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的重起動(dòng)。

　　3設(shè)計(jì)控制器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題bookmark4率的上升率應(yīng)當(dāng)小于電動(dòng)機(jī)的加速率，也就是說(shuō)，在開(kāi)環(huán)步進(jìn)模式下，電動(dòng)機(jī)必須能夠跟上VC0頻率的變化，否則將導(dǎo)致起動(dòng)失敗。

　　波頻率太低，小于20kHz，電動(dòng)機(jī)中的磁致伸縮效應(yīng)將產(chǎn)生噪聲；如果斬波頻率太高，大于30kHz，那么功率級(jí)驅(qū)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)損耗。

　　3）對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓較高的電機(jī)，由于在制動(dòng)時(shí)，電流限制被禁止，如果強(qiáng)行制動(dòng)，可能導(dǎo)致電機(jī)線圈燒毀，BRAKE腳要慎用。

　　反轉(zhuǎn)信號(hào)才有效，否則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)失敗。

　　高。如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，電機(jī)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(dǎo)致起動(dòng)失敗。

　　此時(shí)21腳必須接一個(gè)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(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和（KgXm2）Kv―壓控振蕩器的增益（Hz/V）N―電機(jī)的極對(duì)數(shù)Kt―轉(zhuǎn)矩常數(shù)（Nm/A）C1，C2*腳外接阻容濾波網(wǎng)絡(luò)電容（F）本實(shí)驗(yàn)所采用的電磁型平面微電機(jī)是三相Y型，無(wú)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(duì)數(shù)為3，電樞回路電阻6.4a是電機(jī)在Cvc=5F和Cvc=2.2F情況下電磁型平面微電機(jī)的調(diào)速特性曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1）電動(dòng)機(jī)以開(kāi)環(huán)步進(jìn)方式起動(dòng)，此時(shí)VC0頻（下轉(zhuǎn)第46頁(yè)）高小，閻治安，金亮亮，洪維華。一種新型壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)用直線永磁電動(dòng)機(jī)的研究。微特電機(jī)學(xué)科發(fā)展綜述一第五屆微特電機(jī)專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，（北張廣溢。直線電機(jī)靜態(tài)橫向邊端效應(yīng)研究。微特電葉云岳，陸凱元。直線電機(jī)的PID控制與模糊控制。電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2001，16（3）：11-15 1963-），男，教授，研究方向：電機(jī)及其控制技術(shù)、電力電子及電源變換技術(shù)。

　　（上接第39頁(yè)）ML4426芯片的8腳控制電壓Vcm與電機(jī)轉(zhuǎn)n呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)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(dòng)電機(jī)帶動(dòng)不同慣量的負(fù)載，在控制電壓一定的情況下，轉(zhuǎn)速基本不變，只對(duì)校準(zhǔn)復(fù)位和起動(dòng)時(shí)間有影響。

　　轉(zhuǎn)速精度高，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于2000r/min時(shí)，誤差小于0.1%，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于5000時(shí)，誤差小于0.02%.通過(guò)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(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)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(hào)，對(duì)帶有不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載的不同電機(jī)轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行優(yōu)化，此法在工程中得到了應(yīng)用并且獲得了滿意的效果。