基于ML4425的干手器直流无刷电动机控制器的设计-应用案例-自动化应用案例

基于ML4425的干手器直流无刷电动机控制器的设计

发布日期：2013-09-13 浏览次数：47212

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【摘　要】：通过对ML4425专用集成芯片功能的研究，针对所设计的无刷电动机系统选择外围器件关键参数，利用C8051单片机为核心与ML4425芯片共同搭建系统电路，提出了通过增加简单电路来提高芯片的工作性能的方法，组成闭环调速系统。

　　摘要：通过对ML4425专用集成芯片功能的研究，针对所设计的无刷电动机系统选择外围器件关键参数，利用C8051单片机为核心与ML4425芯片共同搭建系统电路，提出了通过增加简单电路来提高芯片的工作性能的方法，组成闭环调速系统。分析了系统运行的原理并实测了系统的运行特性，验证了理论分析的正确性，还总结了调试过程中的一些经验和技巧，为进一步研究打下基础。

　　关键词：无刷直流电动机无传感器专用集成芯片控制器设计

　　1前言

　　本文所设计的控制器应用于干手器排风电机中。排风电机要求控制器简单易实现，而且要满足特定的调速性能。无位置传感器无刷直流电机要求起动时负载转矩越小越好，而排风是风机类负载，这种场合正好可以满足需求。此外，无位置传感器无刷电机与带位置传感器的相比，结构上简单。无位置传感器无刷电机控制主要完成反电势的检测和计算，并合成驱动开关管的信号，实现方法有很多种，从硬件上来说，有用数字芯片计算的，有用模拟电路实现的，也有用专用集成芯片的。用专用芯片实现的特点是控制器的体积很小。本系统选用的是具有代表性的Mi c r o L i n e a r公司的ML4425 。此芯片要求对所控制的电机的性能和参数有深刻地了解和掌握，除了通过计算选择外围器件，还要根据实验对有的参数进行调整。本文综合考虑了以上因素，阐述了一些关键元件参数的计算并对系统进行综合设计（见图1）。

　　图1 ML4425 28脚封装管脚图

（1）位置校正( 复位) 时长电容的选择

　　（4）VCO滤波网络元件的选择

　　滤波网络电路如图2所示。

　　图2 滤波网络

　　2ML4425功能简介及外围器件选择

　　ML4425无刷直流电机控制专用芯片可以起动和控制星形或三角形接法的无刷直流电机，从电机绕组获取反电势信号，利用 PLL锁相环技术准确换向，无需霍尔传感器。其内部实现了电流和转速双闭环，还具有过流和欠压保护以及制动刹车功能，并且可以直接驱动12V至60V的电机。ML4425的窄形2 8脚封装如图1所示。为了能正确地选择 ML4425的关键器件，应该知道电机的额定电压、最大电流、极对数、最大转速、反电势常数、转矩常数转动惯量和阻尼系数等参数。通常这些参数不易知道，但可以通过实验来选择器件，不用精确计算。

　　3ML4425结构与工作原理

　　（1）电机起动

　　ML4425分3个阶段实现电机的起动：①位置校准，②速度斜升， ③给定速度。位置校准(复位) 的时间由17脚的CAT决定。在这段时间内，控制器 L B、HA、HC导通，把转子校正在第一步换相时刻之前30o的电角度上。如果不能可靠起动，应增大CAT的值。一旦对复位电容CAT的充电超过门限值，速度斜升状态就开始了。芯片内部的电源给20脚的滤波器充电，VCO的频率开始增加，以开环方式对机进行换相。斜升的速率由19脚的CRA决定。当斜升状态结束，控制器进入闭环换相，开始采样反电势，正常运行。

　　（2）电流限制

　　ML4425利用恒定关断时间的假 P WM方案来限制电机的最大电流。在电机运行期间，比较器把接在1脚上的电流采样电阻上的压降与内部的2.5V的给定进行比较，当1脚上的电压超过0.5V，内部的触发器被触发，这使得低端驱动关断一定的时间。关断时间由26脚的CIOS决定。关断时间不能超过PWM一个周期的时间长。2.5V的给定可以通过改变12脚的电压来改变（见图3）。

　　
　　（3）速度控制

　　速度控制在ML4425的内部。速度给定由SPEED SET设定，20脚上的电压正比于电机的速度，内部通过跨导放大器把这一感应速度与给定进行比较。比较的输出是SPEED COM，SPEED COM再与斜升振荡器比较产生PWM占空比。占空比随给定的变化而变化。起动时系统开环运行，当反电势可以被系统检测到时，进入闭环运行。速度环路的稳定性可以通过SPEED COM的参数来调整（见图4）。