基于ML4426的电磁型平面微电机转速控制

核心提示：　　电磁型平面电机由于尺寸，无法安装位置传感器，因此一般采用无位置传感器的控制方法。这不仅降低了系统成本，减小了系统体积，还提高了系统抗干扰能力和可靠性。但是，电动机低速时难以检测到反电势，一般米用电

　　电磁型平面电机由于尺寸，无法安装位置传感器，因此一般采用无位置传感器的控制方法。这不仅降低了系统成本，减小了系统体积，还提高了系统抗干扰能力和可靠性。但是，电动机低速时难以检测到反电势，一般米用电动机运行方式与反电势换相技术相结合的控制方式，起动时采用同步电机运行方式，运行到反电势足以能够被控制器精确检测到时，再切换到反电势技术来控制换相。结构原理框如图控制器米用美国Microlinear公司生产的专用控制芯片ML4426.其特点是结构简单、体积小、成本低以及开发周期短。文中介绍ML4426的主要特性、工作原理及其在电磁型平面微电机控制中的应用。

　　1ML4426的主要特性ML4426是为星型或三角形接法的无位置传感器三相无刷直流电动机驱动控制而设计的专用控制集成芯片，采用28脚双列表面封装。其主要特性如1所示。

　　国家973资助项目：编号：G1999033102下：可单台工作，外围电路元器件少，电路简单，可靠性高；不受PWM噪声和电机冲击电流的影响，能提供最小无抖动转矩；采用PWM控制方式，提高了电机功率，减小了驱动模块尺寸；可实现电流和速度双闭环控制；通过设置一个电流传感电阻，可调节功率级和直流无刷电机的最大电流；软起动功能可限制起动电流过流检测和欠压闭锁功能，实现对电机的保具有正、反转和制动刹车功能。

　　2ML4426的结构及工作原理能方框图及其应用电路。控制功能包括：起动电路、反电势取样电路、换向控制逻辑、PWM速度控制、高端和低端栅极驱动、电流限制和欠压保护。现将其当系统刚上电时，电动机处于静止状态，此时定子通一恒定的电流，将电机转子拉到一确定位置，然后以同步方式起动，直到其反电势能够被检测到。起动主要分为三个步骤：校准复位、开环加速、闭环加速。

　　2.1.1校准复位当ML4426芯片上电时，芯片开始以恒定的0. 75uA电流向17脚外接电容Crst充电，当17脚电位达到1.5V时，校准复位阶段结束。

　　在复位校准期间，芯片的17脚与19脚处于低电平状态，10脚处于高电平状态，导致P型通道P1、3导通，N型通道N2导通，电机处于三三导通方式，转矩较大，从而在第一个换向状态进入中心位置之前，将电机转子校准到30°电角度位置上。复位时间由17脚接地电容Crst设定：（1'0*V7）5uA：RST校准状态必须要有足够长的时间，否则导致起动失败。复位时间长短取决于电机、负载、摩擦阻尼、涡流2.1.2开环加速75uA电流向19脚接地电容Cen充电，与此同时0. 5uA的电流将向20脚外接RC滤波阻容网络充电，使得VCO（压控振荡器）的频率开始线性升高。当Cen脚电位达到1.5V时，开环加速阶段结束，系统进入闭环加速模式。

　　开环加速的时间由19脚接地电容Cen设定：如果电动机运行时闭环失败，则增加Cen的值，延长时间t，直到能够闭环为止。

　　2.1.3闭环加速5V时，电机转速超过100r/min，反电势足以被检测到，电机进入闭环换向状态，此时20脚电压与VCO的频率都保持线性升高。当20脚电压接近8脚设定的电压时，PWM电流控制模块开始工作，控制电机的电流并使电机转速保持恒定，系统进入稳定的PWM速度PWM的斩波频率由6脚的接地电容Csc设定，控制模式。其值越小，斩波频率越低。斩波关断时间由26脚接地电容Cos设定：t= 2.2PWM速度控制当20脚电压等于8脚设定的电压时，5脚的Cpwi电容开始充电，并且与6脚接地电容产生的锯齿波比较，可产生一定的占空比，从而产生PWM信号去控制N型通道的功率开关，实现PWM速度控一般取值小于0.5us.速度控制精度由5脚的RC阻容回路调节，其值计算公式如下：J一电机与负载转动惯量总和（Kgm2）Ke―反电势常数（V/Rad）R一电机转子阻抗（A）freq―速度环路带宽（Hz）Ucc一供电电压（V）N―电机转子极对数2.3交叉传导比较器ML4426在校准复位阶段时，P3导通，当换到斜坡加速模式时，P3关断同时N3导通，这就有可能导致三相功率桥交叉传导。此外，功率器件存在导通和关断的时间差异，也可能导致交叉传导，为解决这一问题，用一比较器将P3电平与Vdd-3V电压比较，只有当P3电平低于Vdd-3V时，N3才导通，从而避免了交叉传导。

　　2.4电机的正反转控制通过控制12脚与地之间的通断来设定电机的正反转。

　　2.5电机的制动当ML4426的25脚BRAKE电平降到1.4V以下时，内部比较器强制3个P型通道关闭，3个N型通道导通，同时电流限制被禁止，从而实现电机快速制动。若不需要快速制动，则可将ML4426的25脚与17脚同时接地，当电动机静止时，将ML4426的25脚与17脚同时与地断开，ML4426不需要重新上电即可实现电动机的重起动。

　　3设计控制器应注意的几个问题bookmark4率的上升率应当小于电动机的加速率，也就是说，在开环步进模式下，电动机必须能够跟上VC0频率的变化，否则将导致起动失败。

　　波频率太低，小于20kHz，电动机中的磁致伸缩效应将产生噪声；如果斩波频率太高，大于30kHz，那么功率级驱动就会产生严重的开关损耗。

　　3）对于驱动电压较高的电机，由于在制动时，电流限制被禁止，如果强行制动，可能导致电机线圈烧毁，BRAKE脚要慎用。

　　反转信号才有效，否则会导致电机反转起动失败。

　　高。如果电机转动惯量较大，电机转子在加速阶段有可能跟不上压控振荡器的频率，从而导致起动失败。

　　此时21脚必须接一个电容至地。

　　并且此电容仅在加速阶段接通，从而降低加速率。此电容大小为：J―电机和负载的转动惯量之和（KgXm2）Kv―压控振荡器的增益（Hz/V）N―电机的极对数Kt―转矩常数（Nm/A）C1，C2*脚外接阻容滤波网络电容（F）本实验所采用的电磁型平面微电机是三相Y型，无位置传感器结构，采用+ 6V直流电压供电，最大工作电流为1.5A，额定转速为15000r/min，极对数为3，电枢回路电阻6.4a是电机在Cvc=5F和Cvc=2.2F情况下电磁型平面微电机的调速特性曲线。实验结果表明：1）电动机以开环步进方式起动，此时VC0频（下转第46页）高小，阎治安，金亮亮，洪维华。一种新型压缩机驱动用直线永磁电动机的研究。微特电机学科发展综述一第五届微特电机专业委员会学术交流会论文集，（北张广溢。直线电机静态横向边端效应研究。微特电叶云岳，陆凯元。直线电机的PID控制与模糊控制。电工技术学报，2001，16（3）：11-15 1963-），男，教授，研究方向：电机及其控制技术、电力电子及电源变换技术。

　　（上接第39页）ML4426芯片的8脚控制电压Vcm与电机转n呈现出很好的线性关系；芯片的15脚接地电容Cv，的电容值越小，则最低转速越小，最高转速越大，转速范围越广；用同一控制电路驱动电机带动不同惯量的负载，在控制电压一定的情况下，转速基本不变，只对校准复位和起动时间有影响。

　　转速精度高，当转速大于2000r/min时，误差小于0.1%，当转速大于5000时，误差小于0.02%.通过调节5脚的RC阻容回路，可以获得良好的控制精度。

　　5结论采用ML4426芯片构成的电磁型平面微电机转速控制系统简单实用、线性度好、控制精度高，易于与微处理器组成微控制系统，ML4426接受微处理器的不同控制信号，对带有不同转动惯量负载的不同电机转速控制进行优化，此法在工程中得到了应用并且获得了满意的效果。