一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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圖2MC33035外圍電路
如圖所示，我們給電壓為24V的電源，F(xiàn)/R控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，正向/反向輸出可通過(guò)翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)輸入狀態(tài)改變時(shí),指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?從而改變整流時(shí)序,以使電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向。
電機(jī)通/斷控制可由輸出使能7管腳來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)該管腳開路時(shí),連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將會(huì)啟動(dòng)頂部和底部驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)序。而當(dāng)該腳接地時(shí),頂端驅(qū)動(dòng)輸出將關(guān)閉,并將底部驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制為低,從而使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。
由于MC33035的8管腳提供6.25V標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出，因此可以用此電壓給霍爾元器件以及其他器件供電,在這個(gè)系統(tǒng)中PWM信號(hào)的產(chǎn)生是很容易的,而且PWM信號(hào)的頻率可以由外部電路調(diào)節(jié),其頻率由公式
決定,R5是一個(gè)可變電阻,通過(guò)調(diào)節(jié)R5,即可改變PWM信號(hào)的頻率。只需要在MC33035的外圍加一個(gè)電容、一個(gè)電阻及一個(gè)可調(diào)電位器即可產(chǎn)生我們所需要的脈寬調(diào)制信號(hào)。因MC33035的8管腳輸出為6.25V標(biāo)準(zhǔn)電壓,由R6、C1組成了一個(gè)RC振蕩器,所以10管腳的輸入近似一三角波,其頻率由
決定。R5為控制無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的電位器,通過(guò)該電位器改變11管腳對(duì)地的電壓,從而來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。運(yùn)算放大器1由外部接成一個(gè)跟隨器的形式,所以11管腳的對(duì)地電壓即為比較器2的反相輸入電壓,通過(guò)電位器R5改變11腳的對(duì)地電壓從而改變比較器2的輸出方波的占空比,即比較器2的輸出為我們所需的PWM信號(hào)。14管腳是故障輸出端，L1用作故障指示，當(dāng)出現(xiàn)無(wú)效的傳感器輸入碼、過(guò)流、欠壓、芯片內(nèi)部過(guò)熱、使能端為低電平時(shí)，LED發(fā)光報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)封鎖系統(tǒng)，只有故障排除后，經(jīng)系統(tǒng)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。R6及C1決定了內(nèi)部振蕩器頻率（也即PWM的調(diào)制頻率）,轉(zhuǎn)速給定電位計(jì)W的輸出經(jīng)過(guò)積分環(huán)節(jié)輸入MC33035的誤差放大器的同相輸入端,其反向輸入端與輸出端相連,這樣,誤差放大器便構(gòu)成了一個(gè)單位增益電壓跟隨器,從而完成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制。
8管腳接一NPN的三極管，當(dāng)8腳電壓為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，為MC33039和霍耳傳感器提供電壓。電解電容C2是濾波作用，防止電流回流。
MC33035的17管腳的輸入電壓低于9.1V時(shí),由于17腳的輸入連接內(nèi)部一比較器的同相輸入端,該比較器的反相輸入為內(nèi)部一9.1V標(biāo)準(zhǔn)電壓,此時(shí)MC33035通過(guò)與門將驅(qū)動(dòng)下橋的三路輸出全部封鎖,下橋的三個(gè)功率三極管全部關(guān)斷,電機(jī)停止運(yùn)行,起欠壓保護(hù)作用。過(guò)熱保護(hù)等功能是芯片內(nèi)部的電路,無(wú)需設(shè)計(jì)外圍電路。
該系統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)置有3個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置,一旦決定電機(jī)的換相,并可以根據(jù)該信號(hào)來(lái)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳感器的輸出端直接接MC33035的4、5、6管腳。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),通過(guò)霍爾傳感器可得到3個(gè)脈寬為180度電角度的互相重疊的信號(hào),這樣就得到6個(gè)強(qiáng)制換相點(diǎn),MC33035對(duì)3個(gè)霍爾信號(hào)進(jìn)行譯碼,使得電機(jī)正確換相。
當(dāng)MC33035的11腳接地時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速為0,即可實(shí)現(xiàn)剎車制動(dòng)。
MC330399是Motorola公司配合MC33035專門設(shè)計(jì)的無(wú)刷電機(jī)閉環(huán)速度控制器,這是一個(gè)8腳的雙列直插窄式集成電路塊。MC33039對(duì)輸入的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)碼進(jìn)行有關(guān)的處理,產(chǎn)生一個(gè)與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速成正比的轉(zhuǎn)速電壓信號(hào)。
從電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器送來(lái)的三相位置檢測(cè)信號(hào)（SA、SB、SC）一方面送入MC33035，經(jīng)芯片內(nèi)部譯碼電路結(jié)合正反轉(zhuǎn)控制端、起?？刂贫?、制動(dòng)控制端、電流檢測(cè)端等控制邏輯信號(hào)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，產(chǎn)生逆變器三相上、下橋臂開關(guān)器件的六路原始控制信號(hào)，其中，三相下橋開關(guān)信號(hào)還要按無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速機(jī)理進(jìn)行脈寬調(diào)制處理。處理后的三相下橋PWM控制信號(hào)（AB、BB、CB）及三相上橋控制信號(hào)（AT、BT、CT）經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大后，施加到逆變器的六個(gè)開關(guān)管上，使其產(chǎn)生出供電機(jī)正常運(yùn)行所需的三相方波交流電流。另一方面，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)還送入MC33039，經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)FOUT，其通過(guò)簡(jiǎn)單的阻容網(wǎng)絡(luò)濾波后形成轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，利用MC33035中的誤差放大器即可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的P調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。實(shí)際應(yīng)用中，還可用外接各種PI、PID調(diào)節(jié)電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，如圖3所示。
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