無(wú)傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)控制器ML4435及其應(yīng)用
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摘要：ML4435脈寬調(diào)制式電動(dòng)機(jī)控制器，為起動(dòng)和控制△接或Y接繞組的直流無(wú)刷（LBDC）電機(jī)速度（無(wú)霍爾效應(yīng)傳感器）提供了所有必要的功能。從電機(jī)繞組傳感的反電勢(shì)電壓，經(jīng)鎖相環(huán)可確定恰當(dāng)?shù)膿Q向相位時(shí)序。
關(guān)鍵詞：三相直流無(wú)刷電機(jī)；無(wú)傳感器；反電勢(shì)取樣器
Sensorless BLDC Motor Controller ML4435 and Its Applications
LIU Sheng-li, LIU Ning-ning
Abstract:The ML4435 PWM motor controller provides all of the function necessary for starting and controlling the speed of delta or wye wound brushless DC motors without Hall Effect sensors.Back EMF voltage is sensed from motor windings to determin the proper commutation phas sequence using a phase locked loop(PLL).
Keywords:Three-phase BLDC motors;Sensorless;Back EMF sampler
ML4435是2001年3月最新推出的電機(jī)控制器專(zhuān)用IC，屬于無(wú)傳感器型、直流無(wú)刷（BLDC）電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，它比ML4425/ML4426有新的改進(jìn)和簡(jiǎn)化，外部引腳從28個(gè)減少到了20個(gè)，同樣集成了所有必要的自動(dòng)檢測(cè)和控制功能。圖1是ML4435的外形引腳圖，圖2是它的內(nèi)部功能方框。
圖1 ML4435外 形 引 腳 圖
圖2 電 機(jī) 控 制 器ML4435內(nèi) 部 功 能 方 框 圖 （ 原 圖 ， 未 做 標(biāo) 準(zhǔn) 化 處 理 ）
1 ML4435的主要特性及性能
ML4435的主要特性如下：
——專(zhuān)有的反電勢(shì)傳感換向技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)霍爾效應(yīng)傳感器的電機(jī)通信；
——PWM逐個(gè)脈沖式電流限制，可保護(hù)電機(jī)和MOSFET驅(qū)動(dòng)器；
——可單臺(tái)工作；——軟起動(dòng)功能可限制起動(dòng)電流；
——脈寬調(diào)制PWM速度控制可提高效率，并盡量減小MOSFET尺寸；
——機(jī)載欠壓閉鎖和斷電檢測(cè)；
——電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出傳感換向。
ML4435為三相直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)傳感器型速度控制提供了所有的電路?？刂乒δ馨ǎ浩饎?dòng)電路、反電勢(shì)換向控制、脈寬調(diào)制PWM速度控制、逐個(gè)脈沖式電流限制、電機(jī)的慣性跟蹤、欠壓保護(hù)。
電機(jī)的起動(dòng)是通過(guò)電機(jī)換向來(lái)完成的，它在低頻下產(chǎn)生低速運(yùn)動(dòng)。低速運(yùn)動(dòng)用以產(chǎn)生一個(gè)反電勢(shì)信號(hào)。反電勢(shì)取樣電路自動(dòng)跟蹤電機(jī)的位置，并由一個(gè)鎖相環(huán)（PLL）控制換向時(shí)間。換向控制電路還輸出一個(gè)速度反饋信號(hào)，用于速度控制環(huán)。速度控制環(huán)由誤差放大器和PWM比較器組成，它產(chǎn)生一個(gè)PWM占空比作速度調(diào)節(jié)控制。
電機(jī)的電流受限于逐個(gè)脈沖式PWM關(guān)閉比較器，它由外部電流傳感電阻器兩端的電壓來(lái)關(guān)閉。換向控制、PWM速度控制和電流限制綜合產(chǎn)生輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。六路輸出驅(qū)動(dòng)器用于提供柵極信號(hào)給外部三相橋功率級(jí)，以適應(yīng)LBDC直流無(wú)刷電機(jī)的電壓和電流的要求。
附加的功能包括：電機(jī)的慣性跟蹤功能與欠壓閉鎖輸出電路，一旦加到ML4435的電壓VCC過(guò)低時(shí)，可關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器。ML4435的各引腳功能見(jiàn)表1，主要電氣參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 ML4435的主要電氣參數(shù)
〔除另有說(shuō)明外，Ta為工作溫度范圍，VCC=（1±10％）12V，RT=50kΩ〕
| 符號(hào) | 參數(shù) | 條件 | 最小 | 典型 | 最大 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
基準(zhǔn)電壓 | ||||||
| RT | 5.8 | 6 | 6.2 | V | ||
| VCO | ||||||
| RVCO | 偏低范圍時(shí) | 0.2 | V | |||
| 偏高范圍時(shí) | 6 | V | ||||
| CVCO | 較低門(mén)限電平 | 2 | V | |||
| 較高門(mén)限電平 | 3.75 | V | ||||
| 跟蹤啟動(dòng)門(mén)限電平 | 1.5 | V | ||||
| 反電勢(shì)消隱門(mén)限電平 | 2.875 | V | ||||
速度反饋 | ||||||
| 輸出范圍 | 0 | 6.7 | V | |||
| 最低頻率電壓 | 速度反饋電壓 | 0.9 | V | |||
| 輸出失效門(mén)限電平 | TACH輸出=高 | 0.97 | V | |||
| 反電勢(shì)取樣器電流 | 速度反饋電壓=3.3V | ±80 | μA | |||
反電勢(shì)傳感 | ||||||
| 反饋輸入范圍 | FBA,FBB和FBC | 0 | VCC | V | ||
TACH | ||||||
| TACH輸出低電平 | ISINK=100μA | 0.2 | 0.4 | V | ||
| TACH輸出高電平 | ISOURCE=100μA | 4.3 | 4.8 | V | ||
速度誤差放大器 | ||||||
| 速度設(shè)定范圍 | 0 | 6 | V | |||
| 速度比較電流 | 速度比較電壓=5.1V | ±45 | μA | |||
| 速度比較輸出較低箝位 | I=±45μA | 2.15 | V | |||
| 速度比較輸出較高箝位 | I=±45μA | 8.2 | V | |||
振蕩器 | ||||||
| PWM頻率 | N1,N2,N3 | 17 | 25 | 33 | kHz | |
| 占空比 | N1,N2,N3 | 0 | 100 | ％ | ||
電流傳感 | ||||||
| 軟起動(dòng)電壓 | 0.48 | 0.58 | 0.68 | V | ||
| ISENSE | 門(mén)限電平 | 0.58 | V | |||
輸出（N1，N2，N3，P1，P2，P3） | ||||||
| 輸出低電平 | ISINK=20mA | 0 | 0.5 | 1 | V | |
| 輸出高電平(VCC－Vout) | ISOURCE=20mA | 0 | 0.5 | 1 | V | |
欠壓鎖定 | ||||||
| 起動(dòng)門(mén)限電平 | 8.7 | 9.2 | 9.7 | V | ||
| 欠壓門(mén)限電平 | 8.2 | 8.7 | 9.2 | V | ||
電源 | ||||||
| ICC | 電源電流 | 15 | mA | |||
表1 ML4435引腳功能
| 引腳 | 符號(hào) | 功能 |
|---|---|---|
| 1 | ISENSE | 電機(jī)電流傳感輸入端，當(dāng)Isense超過(guò)0?55V時(shí)，它觸發(fā)逐個(gè)脈沖式電流限制 |
| 2 | TACH | 當(dāng)SPEEDFB大于0?97V時(shí)，每個(gè)換向周期時(shí)鐘輸出6個(gè)脈沖，另外TACH輸出在5V |
| 3 | SPEEDCOMP | 速度環(huán)補(bǔ)償元件的接點(diǎn) |
| 4 | RVCO | 設(shè)定VCO頻率的外部電阻接點(diǎn) |
| 5 | SPEEDSET | 設(shè)置電機(jī)速度的直流輸入端 |
| 6 | RT | 外部電阻接該腳到地，以控制IC的PWM頻率 |
| 7 | HA | 電機(jī)A相的高邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 8 | HB | 電機(jī)B相的高邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 9 | HC | 電機(jī)C相的高邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 10 | VCC | 電源輸入端 |
| 11 | LA | 電機(jī)A相的低邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 12 | LB | 電機(jī)B相的低邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 13 | LC | 電機(jī)C相的低邊輸出驅(qū)動(dòng)器信號(hào) |
| 14 | FBA | 電機(jī)A相的反電勢(shì)信號(hào)輸入端 |
| 15 | FBB | 電機(jī)B相的反電勢(shì)信號(hào)輸入端 |
| 16 | FBC | 電機(jī)C相的反電勢(shì)信號(hào)輸入端 |
| 17 | GND | 信號(hào)和電源的接地端 |
| 18 | SPEEDFB | 反電勢(shì)傳感補(bǔ)償元件的接點(diǎn) |
| 19 | SOFTSTART | 外部軟起動(dòng)電容器的接點(diǎn)，可減小起動(dòng)電流 |
| 20 | CVCO | 設(shè)置VCO頻率的外部電容器接點(diǎn)。強(qiáng)迫該輸入端低于1?5V，使換向停止，并使電機(jī)跟蹤慣性 |
2 ML4435功 能 詳 解
2. 1 ML4435的 外 部 元 件 選 擇
外 部 元 件 的 選 擇 需 要 根 據(jù) 電 動(dòng) 機(jī) 的 電 氣 參 數(shù) 和 機(jī) 械 參 數(shù) 進(jìn) 行 計(jì) 算 ， 下 面 列 出 計(jì) 算 所 需 的 電 機(jī) 參 數(shù) ：
— —最 大 直 流 電 機(jī) 電 源 電 壓VMOTOR（V） ；
— —最 大 工 作 電 流Imax（A） ；
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