永磁同步電機之控制器實例

無刷直流電動機控制器類型主要有：①分立器件組成的控制器，其結構復雜，抗干擾性和可靠性較差，不利于大批量生產(chǎn)；②基于專用集成電路的控制器，其結構簡單，外圍器件少，功能齊全，可靠性高，成本低廉；③基于微處理器的控制器，隨著微處理器技術的發(fā)展，可以開發(fā)出各種功能完善、控制靈活的控制器，極大地拓寬了其適用領域。

基于專用集成電路的控制器具有較高的性價比，其應用日益廣泛，已出現(xiàn)了多種無刷直流電動機控制集成電路，其中MC33035是美國Motorola公司生產(chǎn)的高性能第二代無刷直流電動機控制器專用集成電路。它具備控制一個全特性開環(huán)三相無刷直流電動機所需要的全部功能，可實現(xiàn)電動機的PwM開環(huán)速度控制、使能控制（起動或停止）、正反轉控制和能耗制動。此外，MC33035還可以用作有刷直流電動機的控制器芯片。

1 . MC33035功能介紹

MC33035芯片采用24腳DIP塑料封裝，其管腳功能說明如表7一10所示，其管腳排列和內部結構如圖7一44所示。從功能上講，該芯片主要包括：①轉子位置傳感器譯碼電路；②帶溫度補償?shù)膬炔炕鶞孰娫?；③頻率可設定的鋸齒波振蕩器；④全通誤差放大器；⑤脈寬調制（PWM）比較器；⑥輸出驅動電路；⑦限流保護電路。

( 1）轉子位置傳感器譯碼電路。圖7一44中的譯碼電路將根據(jù)電機正反轉信號、 60 " / 120 "信號的狀態(tài)確定三路位置傳感器信號的邏輯處理方式，最后將邏輯處理結果轉換為逆變橋開關的6路驅動信號。另外，位置傳感器信號輸人端4 、 5 、 6腳內含上拉電阻，輸人電路與TTL電平兼容，門限典型值為2 . ZV，它適用于集電極開路型霍爾效應開關或者光電藕合器等位置傳感器類型。該譯碼電路可用于傳感器相位差為。這4種空間位置的三相無刷直流電動機。表7一9中3個傳感器輸人端原則上可有8種輸人方式組合，其中6種是有效的轉子位置信息，其余兩種則是無效的，通常是由傳感器引線開路或短路造成的。當輸人為無效組合時，14腳將輸出故障信號，同時封鎖驅動輸出，以保證電機系統(tǒng)的安全。

( 2）正／反轉控制。電機正／反轉控制是由3腳的邏輯電平?jīng)Q定的。當3腳邏輯狀態(tài)改變時，位置譯碼器首先將傳感器信號在內部邏輯取反，再經(jīng)譯碼后，得到反相序的換向輸出，改變電機相繞組的導通順序，實現(xiàn)電動機的反轉。

( 3）起／停和制動控制。電機的起／?？刂仆ㄟ^芯片7腳使能端來實現(xiàn)。當7腳懸空時，內部40拌A電流源使驅動輸出電路正常工作。若7腳接地，3個上橋驅動輸出開路（1狀態(tài)）, 3個下橋驅動輸出強制為低電平，使電動機繞組沒有激勵而停車，電機停轉的同時14腳輸出低電平。當制動輸人端23腳為高電平時，電動機進人制動狀態(tài)。此時，上橋3個驅動輸出開路，下橋3個驅動輸出為高電平，外接逆變橋下橋3個功率開關導通，使電動機三相繞組對地短接，實現(xiàn)能耗制動。

( 4）鋸齒波振蕩器。圖7一44 ( b）中內部振蕩器的振蕩頻率由外接定時元件島和RT決定。 8腳輸出的基準電壓通過電阻RT向電容島充電，然后價又通過內部放電晶體管迅速‘放電而形成鋸齒波振蕩信號，其波峰和波谷分別為4 . IV和1 . SV 。建議使用振蕩器頻率為20一30 kHz，以兼顧頻率過低產(chǎn)生可聞噪聲和頻率過高影響功率開關效率的矛盾。

( 5）脈寬調制器。電機正常運行時，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號比較后，產(chǎn)生脈寬調制（P WM）信號，控制下橋3個驅動輸出。改變輸出脈沖寬度，相當于改變供給電動機繞組的平均電壓，從而控制其轉速和轉矩。

( 6）限流保護電路。為了避免電機電流過大而損壞電機及控制器，必須對電機電流進行必要的限制。一般電機逆變橋經(jīng)一個小電阻接地，將電阻上的電壓信號作為電流采樣值。采樣電壓由9腳和15腳輸人至芯片內的電流檢測比較器，比較器反相輸人端設置有l(wèi)oomV基準電壓，作為電流限流基準。在振蕩器鋸齒波上升時間內，若電流過大，比較器翻轉，將驅動輸出關閉，以限制電流繼續(xù)增大。在鋸齒波下降時間，重新使驅動輸出開通。利用這樣的逐個周期電流比較，實現(xiàn)了限流。

( 7）欠電壓鎖定。 MC33035內設有欠電壓保護電路，在下列三種情況下關閉驅動輸出：芯片供電電壓U（蕪低于9 . IV 、下橋驅動電源Uc低于9 . IV 、基準電壓低于4 . SV 。該鎖定信號可以保證芯片內部正常工作以及向下橋驅動輸出提供足夠高的驅動電壓。當電壓恢復正常后，系統(tǒng)會自動恢復正常只

( 8）故障信號輸出。為了實時地觀測芯片的工作情況，芯片提供了一個集電極開路的故障信號輸出端14腳，它可直接驅動LED作故障顯示，也可與微處理機接口。當出現(xiàn)下列情況之一時，14腳輸出低電平故障信號：①無效的位置傳感器輸人組合；② 7腳使能端為低電平；③電流檢測端輸人電壓大于10OmV；④欠電壓鎖定；⑤芯片過熱，典型值超過170 ℃ 。通過此故障信號輸出端可以方便地檢測控制電路的工作狀態(tài)是否正常。

( 9）驅動輸出。 MC33035內部嵌入了逆變橋驅動電路，其中上橋3個驅動輸出是集電極開路NPN晶體管，其吸人電流能力為50mA，耐壓為40V，可用來驅動外接逆變橋上橋臂的PNP功率晶體管和P溝道MOSFET功率管。下橋3個驅動輸出是推挽輸出，驅動能力為10omA，可直接驅動NPN晶體管和N溝道功率MOSFET，下橋驅動輸出的電源Vc可由18腳單獨引人。為了防止MOSFET柵極擊穿，應當在18腳上接人一個18V穩(wěn)壓二極管進行鉗位。

2．基于MC33035的無刷直流電動機控制器