原标题：ML4425在无位置传感器无刷直流电机控制中的应用

ML4425是美国MicroLinera公司为三相无位置传感器无刷直流电动机驱动而设计的专用控制芯片,它采用三段式起动的反电势法来控制电机的起动。三段式起动包括:转子定位、变频加速和状态切换。下面以为例进行原理分析。

ML4425系统原理图无位置传感器无刷直流电动机的起动首先要确定转子的初始位置。在定位期间,必须有足够长的时间来确保电机转子的位置。定位时间过短会导致电机转子不能正确定位而不能正常起动。电机的起动定位时间与电机本体、外加负载、电机的最大电流等因素有关,对于一个确定的电机,其外加负载越重,设定的电机最大电流就越大。ML4425通过CAT来选择定位时间。Cat值越大,定位时间就越长,电机就越能可靠定位,但同时又会增加电机的起动时间。若因为定位时间不够而导致电机不能正常起动,则需要增加Cat值。

无位置传感器无刷直流电动机的反电势大小与电机的转速成正比。所以,电机静止时电动势为零,电机无法自起动。

加负载的大小进行调整。Crt两端电压超过1. 5V时电机停止加速。

当电机加速到足够高的速度时,ML4425芯片检测到反电势信号后就进行换相,电机进入转子位置闭环的控制状态。

ML4425采用锁相环(PLL)技术,通过测定电机绕组的反电势来控制电机的换相。PLL包括符号变换器、误差放大器、低通滤波器和压控振荡器。在加速阶段电容Cvco不断充电,压控振荡器频率不断上升,同时PLL不停地检测反电势信号,这两路信号通过误差放大器进行比较。当两者的频率误差降到一定程度时,电机切换到反电势控制的闭环运行状态。此时,电机完成三段式起动进入到运行状态。

ML4425通过PWM模式提供了一个闭环的速度控制。

速度指令信号(模拟电压)从VsPEED管脚输入,速度信号可以来自微处理器,也可以简单地用电位器提供。设定的VSPEED电位与速度反馈信号进行比较后放大,该信号经过RCPWM稳压及pwm斩波后形成的pwm信号控制外部的下桥开关元件。ML4425内置PWM发生器的频率由电容Ct设定。调速时,升高Vspeed端电压,其与速度反馈信号误差增大,经过误差放大器输出到RCPWM端,使得该端电压下降。下降的RCPWM电压与PWM斩波信号通过比较器后使输出的脉冲信号占空比增加,电机速度上升,同时连接误差放大器正向端的速度反馈信号随着电机转速上升而增加,当该信号接近Vspeed电压时,电机开始稳速运行。电机的减速过程相反。由于此调速过程为动态过程,电机速度的改变会引起RCPWM电压的波动,从而影响电机的速度控制。这时可以在RCPWM端外接一电容,该电容要根据电机的实际用途来选择。若选择的电容太小,那么电机调速过程的不稳定性仍然比较明显。

加大该电容可稳定调速过程但其动态响应会变差。

ML4425提供了限流及欠压保护功能。当电流过大时,内部比较器输出低电平关断下桥开关元件,起到保护芯片及外部开关元件的作用。欠压保护可使芯片在外接电源小于9. 5V的时候停止工作。

其他功能包括故障显示功能,制动功能以及速度反馈信号功能。

ML4425芯片内集成的压控振荡器(VC⑴产生电机起动的脉冲信号,在转子定位结束后以固定的加速度逐渐起振,电机开始起动并加速运行,此时电机运行在开环状态。压控振荡器的最高频率由电容CVco决定。该电容值选择不当会直接影响电机的起动及调速范围。电机开环加速的时间由外接电容Crt决定,加速度由电容CRr决定。Crt和CRR同样应根据外2运行特性。把车床大拖板上的刀架取下,将夹具底座用螺钉紧固在大拖板上,在底座上再紧固两块V形铁,工件用压板压牢在V型槽中,刀杆的另一端车有螺纹与刀头相配。刀头的结构如所示。刀杆的左端接上一根3/4英寸的水管,水管尾端接一个变径接头,变径接头的外径上车有螺纹,拧上压帽把刀杆牢固地把紧在车床主轴上。变径接头另一端连接钻机上通用的转动冷却水接头,再由橡胶管与车床冷却泵接通。夹具底座的左端安放一个特制的引导刀杆的轴承架,轴承架内压入铜套与刀杆滑动配合。由于刀杆有轴承支承从而解决了刀杆颤动的主要原因。即使工件内孔椭圆度较大,刀头接触工件后也很平稳,刀头在空心轴中切削,就好似轴在轴承中转动一样,整个切削过程非常平稳。另外由于刀头磨成成型尺寸,走刀一次便加工完毕。

【ML4425】

Sensorless BLDC Motor Controller

Features

• Stand-alone operation

• Motor starts and stops with power to IC

• On-board start sequence: Align ♦ Ramp ♦ Set Speed

• Patented Back-EMF commutation technique provides

jitterless torque for minimum “spin-up” time

• Onboard speed control loop

• PLL used for commutation provides noise immunity from

PWM spikes, compared to noise sensitive zero crossing

technique

• PWM control for maximum efficiency

• Direct FET drive for 12V motors; drives high voltage

motors with IC buffers

General Description

The ML4425 PWM motor controller provides all of thefunctions necessary for starting and controlling the speed ofdelta or wye wound Brushless DC (BLDC) motors withoutHall Effect sensors. Back EMF voltage is sensed from themotor windings to determine the proper commutation phasesequence using a PLL. This patented sensing technique willcommutate a wide range of 3-Phase BLDC motors and isinsensitive to PWM noise and motor snubbing circuitry.

The ML4425 limits the motor current using a constant offtimePWM control loop. The velocity loop is controlled withan onboard amplifier. The ML4425 has circuitry to ensurethat there is no shoot-through in directly driven externalpower MOSFETs.

The timing of the start-up sequence is determined by theselection of three timing capacitors. This allows optimizationfor a wide range of motors and loads.

ML4425的工作原理

ML4425的整个运行状态可分为三种。第一种为复位校准状态,复位校准的时间由外接的起动电容CAT决定。复位校准时刻,上桥臂HA、HC和下桥臂LB导通,电机转子在磁力线的作用下慢慢转动,使得磁极中心线与B相绕组中心线重合;复位校准状态完成后,起动脚CAT由低电平慢慢变为高电平2.01V,同时片内压控振荡器开始起振,系统进入开环升速状态。电机转速升至可产生足够大的反电动势后,系统进人闭环换相状态。当20脚SPEED FB小于8脚SPEEDSET设定电压时,电机处于加速状态。在此期间,电机受到由12脚/LIMIT的控制,控制下桥N型通道的驱动,占空比为100%。当20脚SPEED FB接近8脚SPEED SET设定电压时,电机进人PWM稳定控制状态。此时6脚外接电容CT开始充电,产生频率为50μA/2·4V×CT的PWM锯齿波。此锯齿波通过与8脚SPEED SET设定电压相比较,产生PWM波形,控制下桥N型通道的功率驱动,进而对电机进行速度控制。