基于MSK4364型驅(qū)動(dòng)器的三相無刷力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

1 引言
某特殊用途無刷力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器原為光電傳感器，因?yàn)橛猛靖淖?，其轉(zhuǎn)子位置傳感器、安裝方式和驅(qū)動(dòng)電路等均需另行設(shè)計(jì)，原電機(jī)的可用部分只有定子和轉(zhuǎn)子，用其作為電機(jī)并不完整，無安裝外殼和轉(zhuǎn)子支撐軸，而且也無內(nèi)嵌于電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器，要使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要設(shè)計(jì)安裝外殼、轉(zhuǎn)子支撐軸、轉(zhuǎn)子位置傳感器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。

2 無刷力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
2.1 UGN3175型轉(zhuǎn)子位置傳感器及其放置方法
鎖存型霍爾集成電路(磁敏式位置傳感器)是一種開關(guān)型電路，其動(dòng)作值BOP和返回值BRP相對(duì)S極和N極是對(duì)稱動(dòng)作的，如圖1(c)所示。UGN3175型鎖存型霍爾集成電路是一種對(duì)稱雙極性開關(guān)，其外形、內(nèi)部電路及輸出特性如圖1所示，它的動(dòng)作區(qū)在S極，返回區(qū)在N極。在S極的某一磁感應(yīng)強(qiáng)度(≥BOP)下，UGN3175的輸出是導(dǎo)通狀態(tài)(0N高電平)，當(dāng)S極逐漸離開該IC、磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí)，UGN3175的輸出仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹極并達(dá)到BRP值時(shí)，UGN3175輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)(0FF低電平)，這種電路在S-N-S-N交替變化磁場(chǎng)下的輸出波形占空比接近50％，適合于有多極環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子的無刷直流電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)。

因定子已經(jīng)成形，霍爾集成電路不能內(nèi)嵌于對(duì)應(yīng)繞組的定子槽中，實(shí)際使用中對(duì)應(yīng)三相繞組應(yīng)合理放置3個(gè)霍爾集成電路，如圖2所示。該型無刷力矩電機(jī)定子分為36槽，每槽對(duì)應(yīng)弧度為10，定子為12極，每極極面對(duì)應(yīng)槽數(shù)為3，電機(jī)技術(shù)條件中規(guī)定A、B、C三相引出線及星形接線的中心點(diǎn)引出線綁扎后于第36槽與l號(hào)槽(1號(hào)槽對(duì)應(yīng)為A相繞組)之間引出，以此線束結(jié)點(diǎn)為定位基準(zhǔn)，霍爾集成電路以順時(shí)針70夾角放置可分別對(duì)應(yīng)B、A、C三相繞組，這樣可避免因尺寸所限不能安裝于同一極面下。轉(zhuǎn)子為永磁體，鑲嵌在非導(dǎo)磁材料中，側(cè)面磁場(chǎng)極弱，不能觸發(fā)霍爾集成電路動(dòng)作，所以應(yīng)使UGN3175標(biāo)志面(標(biāo)志面感應(yīng)S極時(shí)輸出高電平)正對(duì)定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙漏磁通。由運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子上的永磁體磁場(chǎng)觸發(fā)霍爾集成電路動(dòng)作(VOUT引腳的高低電平變化)產(chǎn)生位置信號(hào)。

2.2 MSK4364的功能
MSK4364是M.S.Kennedy公司生產(chǎn)的三相無刷電機(jī)MOSFET橋驅(qū)動(dòng)電路，允許電機(jī)控制電壓為55 V，輸出電流為5 A。內(nèi)部具有霍爾傳感器信號(hào)處理電路、三相MOSFET橋PWM輸出電路及閉環(huán)力矩控制電路等，原理框圖如圖3所示。

MSK4364的l引腳和2引腳之間可接入阻容網(wǎng)絡(luò)電路以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)力矩控制。剎車控制時(shí)制動(dòng)使能腳6置為高電平，進(jìn)入制動(dòng)操作狀態(tài)，三相橋高端的3個(gè)功率管關(guān)斷，低端的3個(gè)功率管同時(shí)對(duì)地導(dǎo)通，電機(jī)三相繞組對(duì)地短接能耗制動(dòng)使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。各個(gè)引腳的功能見表1。
2.3 驅(qū)動(dòng)電路
如圖4所示，該電路可以實(shí)現(xiàn)三相無刷力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并可通過調(diào)節(jié)LM117的輸出電壓或RADJ的阻值控制無刷力矩電機(jī)的工作電流。

2.4 布線和安裝中應(yīng)注意的問題
(1)MSK4364的模擬地均應(yīng)接在GND(11，13)引腳，功率地RTN已于模塊內(nèi)部連接至GND引腳，因此不能在外部重復(fù)連接，以免引起干擾。
(2)應(yīng)該在V+引腳與RTN引腳之間并接一只470μF以上的電容器，以抑制電子開關(guān)高頻開斷時(shí)產(chǎn)生的干擾，該電容器應(yīng)盡可能靠近模塊放置。+15 V與GND引腳間也應(yīng)并聯(lián)一只10μF的濾波電容器。
(3)所有大電流回路都應(yīng)盡可能短，并應(yīng)盡量使用厚覆銅線布線以降低EMI。
(4)接線時(shí)應(yīng)使霍爾集成電路ABC三相、電機(jī)ABC三相、MSK4364的ABC三相輸出、霍爾信號(hào)三相輸入保持正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并會(huì)出現(xiàn)不轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或強(qiáng)烈震動(dòng)的現(xiàn)象。三路霍爾信號(hào)輸入端可加去耦電容器抑制干擾和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語
采用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路作為轉(zhuǎn)子位置傳感器，以MSK4364作為位置信號(hào)處理和驅(qū)動(dòng)電路，完全能夠?qū)崿F(xiàn)無刷力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。該電路使用在某型力矩電機(jī)中，可實(shí)現(xiàn)較寬范圍的力矩電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，經(jīng)實(shí)踐證明，完全能滿足運(yùn)行要求的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。