基于ML4426的電磁型平面微電機轉速控制

2017-04-11 11:23:48 大云網　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相結合的控制方式，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來控制換相。結構原理框如圖控制器米用美國Microlinear公司生產的專用控制芯片ML4426.其特點是結構簡單、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矩；采用PWM控制方式，提高了電機功率，減小了驅動模塊尺寸；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、反轉和制動剎車功能。

　　2ML4426的結構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腳接地電容產生的鋸齒波比較，可產生一定的占空比，從而產生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阻容回路調節(jié)，其值計算公式如下：J一電機與負載轉動慣量總和（Kgm2）Ke―反電勢常數(shù)（V/Rad）R一電機轉子阻抗（A）freq―速度環(huán)路帶寬（Hz）Ucc一供電電壓（V）N―電機轉子極對數(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電機的正反轉控制通過控制12腳與地之間的通斷來設定電機的正反轉。

　　2.5電機的制動當ML4426的25腳BRAKE電平降到1.4V以下時，內部比較器強制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生噪聲；如果斬波頻率太高，大于30kHz，那么功率級驅動就會產生嚴重的開關損耗。

　　3）對于驅動電壓較高的電機，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。

　　反轉信號才有效，否則會導致電機反轉起動失敗。

　　高。如果電機轉動慣量較大，電機轉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―轉矩常數(shù)（Nm/A）C1，C2*腳外接阻容濾波網絡電容（F）本實驗所采用的電磁型平面微電機是三相Y型，無位置傳感器結構，采用+ 6V直流電壓供電，最大工作電流為1.5A，額定轉速為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速特性曲線。實驗結果表明：1）電動機以開環(huán)步進方式起動，此時VC0頻（下轉第46頁）高小，閻治安，金亮亮，洪維華。一種新型壓縮機驅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。電工技術學報，2001，16（3）：11-15 1963-），男，教授，研究方向：電機及其控制技術、電力電子及電源變換技術。

　　（上接第39頁）ML4426芯片的8腳控制電壓Vcm與電機轉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，則最低轉速越小，最高轉速越大，轉速范圍越廣；用同一控制電路驅動電機帶動不同慣量的負載，在控制電壓一定的情況下，轉速基本不變，只對校準復位和起動時間有影響。

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

　　5結論采用ML4426芯片構成的電磁型平面微電機轉速控制系統(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，對帶有不同轉動慣量負載的不同電機轉速控制進行優(yōu)化，此法在工程中得到了應用并且獲得了滿意的效果。