无传感器的直流无刷电机控制器ML4435及其应用

要电子换向，以实现旋转运动。电子换向要求开通和关断三相半桥式功率开关。为了让转矩实现单一方向，由转子的位置给出换向指令。要实现ML4435的电子换向，是通过适当时序来开通和关断一相低输出L和另一相高输出H。总共存在六种L和H输出组合（即六种开关状态），如表3标出的状态A～状态F，它们构成一个完整的换向循环周期。这一开关时序被编程在图8所示的换向状态机中，该换向状态机的时钟是由VCO的输出提供。

表3 6种换向控制状态

图8 换 向 状 态 机

2. 10 压 控 振 荡 器

VCO在TACH（2脚 ） 输 出 一TTL兼 容 的 时 钟 脉表示驱动器导通冲 ， 它 正 比 于SPEED FB（ 18脚 ） 输 入 电 压 。 频 率 与 电 压 或 与 VCO常 数 KV的 比 例 ， 由 图 9中 的 RVCO（ 4脚 ） 接 地 电 阻 和 CVCO（ 20脚 ） 接 地 电 容 器 来 设 定 。

图9 VCO控制

RVCO设定的电流正比于VCO输入电压SPEEDFB减去0.7V。该电流用于门限电压在2～3.75V之间对CVCO充电和放电，见图9。RVCO限制在0.2V较低电压。这导致CVCO的三角波形对应于TACH脚时钟，也见图9。当VCO的输入等于或稍小于6V时，KV被设定在VCO输出频率对应于最大换向频率fmax，即对应于最大电机速度。CVCO和RVCO可由首次计算的fmax值来选择：

fmax=0.05×nmax×N

2.11 TACH

TACH（2脚）输出VCO频率，它6倍于换向频率。当电机在最低转速时（即SPEEDFB低于0?97V），TACH输出还表示因TTL停留在高电平而使电机处于低转速。

2.12 反电势取样器电路

输入到VCO的SPEEDFB（18脚）受反电势取样器控制。反电势传感脚FBA、FBB、FBC输入到反电势取样器，需要来自电机各相引线的信号，该信号低于ML4435的VCC值。相位传感的输入阻抗是8.7kΩ。如果电机电压大于ML4435的VCC值，则需要串接电阻RFB到电机各相引线，见图10。RFB可从图11曲线选择或利用下式算出：

RFB=8.7kΩ(VMOTOR/12－1)

图10 反 电 势 取 样 器 电 路

图11 RFB与VMOTOR（max） 相 应 关 系

反电势取样器把电机各相电压分压为低于VCC=12V（正常值）的信号电压，并由下述方程式计算电机的中性点电压：

VNEUTRAL=(VFBA＋VFBB＋VFBC)/3。

这就允许ML4435能比较反电势信号与电机中性点，而不需要从Y接绕组的电机中引出一信号线。对△接绕组的电机，因不存在物理中点，故必须计算该基准参考点。

反电势取样器所获电机相位，是未被驱动时的值：也就是如果LA和HB均导通，那么相位A被驱动为低电平，相位B被驱动为高电平，相位C则被取样。被取样相位提供一个反电势信号，它对照电机的中性点作比较。取样器受换向状态机器控制。取样的反电势经一个误差放大器与中性点比较。误差放大器的输出端送出充电或放电电流到SPEEDFB（18脚），它向VCO提供电压。

2.13 反电势传感的锁相环换向控制

由换向状态机、VCO、反电势取样器三者构成一个锁相环路，以使换向时钟自动跟踪反电势信号。完整的锁相环路见图12。该锁相环需要一个超前—滞 后 滤 波 器 ， 它 由SPEED FB（18脚 ） 外 部 元 件 来 设 置 。

图12 PLL锁相环路

2 2.14 电机的起动

当电源首先加到ML4435时，电机处于静止，故反电势等于零。电机需要转动，以使反电势取样器自动跟踪电机位置，并使电机换向。ML4435用最低的VCO频率开始使电机换向。该低频换向由RVCO上的0?2V箝位设定，这就提供一为fmax/30的换向频率。

2.15 转动状态

在反电势传感后，PLL自动跟踪电机位置，电机则按闭合环路控制转动。在这一点上，速度控制环应迫使电机速度相应于SPEEDSET电压设置的速度。

2.16 PWM速度控制

速度控制是由在SPEEDSET（5脚）设置的速度指令来完成的，该脚输入电压为0.2～6V。速度指令的精度由外部元件RVCO和CVCO确定。控制ML4435的速度指令有几种方法：其一是用一电位器接在RT与地之间，而将滑动触头接在SPEEDSET。若用微处理器控制5脚，则可用RT作数模转换器（DAC）输入基准。RT电压应经缓冲器接外部电路。经跨导误差放大器，速度指令与比SPEEDFB（18脚）低0?7V的传感速度相比较。速度误差放大器的输出端是SPEEDCOMP（3脚），它被箝位在8.2～2.2V之间。8?2V信号与全PWM占空比相对应，而2?2V则对应0％占空比。速度环路补偿元件接该脚，见图13。可用下式来计算补偿元件：

CSC2=

RSC=

CSC1=10×CSC2

式中：freq是速度环路的带宽（Hz）。

图13 PWM振 荡 器 电 路