用于BLDC电机控制的位置传感器选择

2023-07-11

无刷直流电机的传感器是采用什么传感器来精确获取信号开启或切断A,B,C线圈的?

无刷直流电动机的组成 无刷直流电动机由转子和定子两大部分组成,(2)无刷直流电动机的工作原理 无刷直流电动机采用方波自控永磁同步电动机,以霍尔传感器取代电刷换向器,霍尔传感器的信号线昌明传递电动机里面磁钢相对于绕组线圈的根据3个霍尔传感器的信号能知道此时应该怎样给电动机的线圈供电(不同的霍尔信应该给电动机绕组提供相对应方向的电流)也就耐丛告是说霍尔传感器状态不一样,线圈的置号电流方向不一样。霍尔信号传递给控制器,控制器通过粗线(不是霍尔线)给电动机绕组供电,电动机旋转,磁钢与绕组(准确地说是缠在定子上的线圈,其实霍尔一般安装在定子上)发生转动,霍尔传感器感应出新的位置信号,控制器粗线又给重新改变电流方向的电动机绕组供电,电动机继续旋转(当绕和磁钢的位置发生变化时,绕组必须对应地改变电流方向,这样电动机才能继续向一个方向运动,否则电动机就会在某一个位置左右摆动,而不是连续旋转)这个过程就是电子换向。无刷直流电动机由直流电源供电,借助位置传感器来检测转子的位置,所以测出的信号触发相应的电子换相线路,以实现无接触式换相。无刷直流电动机用电子开关和位置传感器代替电刷及换向器,将直流电转换成模拟三相交流电,通过调制脉宽,改变其电流大小来改变转速,直流无刷电机的控制结构 直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响,N=120F/P。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电动机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图(1):电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220V)如果输入是交流电就得先经转换器(CONVERTER)转成直流,不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(lNVERTER)转成3相电压来驱动电机,换流器(lNVERTER)一般由6个功率晶体管(Q1~Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(lNVERTER)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有感应磁场的霍尔传感器(HALL-SENSOR)做为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据,但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。直流无刷电机的控制原理 要让电机转动起来,首先控制部就必须根据HALL-SENSOR感应到的电机转子目前所在的位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(lNVERTER)中功率晶体管的顺序,如下(图二)lNVERTERz中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂晶体管)使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到HALL-SENSOR感应出另一郑罩个组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

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既然是故障状态,在使电机自然停机的过程当中接收到起动命令,如果故障状态还没消失的话,就不应该相应该起动命令的啊!!如果在接收到起动命令时,故障状态已经消失,说明控制器没问题是可以运行的,首先你要能检测出电机是还在旋切台厂能措口转的,因为你是无位置传来自感器,如果是采用的反电势过零的方法的话,你多半是通过在一定时间内能检测到过零点来判断电机仍然还在旋转,既然如此,那么你就可以省去开环的过程,直接进入位置闭环。不晓得你是采用的哪种方案。呵呵! 查看更多答案>>

用什么直流电机驱动芯片较好?

Micro Linear公司生产的ML4428无刷直流电机无传感器PWM智能控制器的内部结构,它是无位置传感器无刷直流电动机控制的简易方法,该控制器内部的反电势电路、起动及换向逻辑电路、限流比较器和保护电路简化了无位置传感器无刷直流电动机的控制,做到单独控制的正反向运行,起动时无反转,采用PWM控制或最小噪声的线性控制,可获得最高效率。

关键词:无刷直流电动机;位置传感器;反电势检测电路
1 引言

无刷直流电机具有体积小、重量轻、维护方便、高效节能、易于控制等一系列优点,被广泛应用于各个领域。传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其它位置检测元件作位置传感器,但位置传感器维修困难,且霍尔元件的温度特性不好,导致系统可靠性变差。因此,无位置传感器无刷直流电机成为理想选择,并具有广阔的发展前景,但它的控制电路相当复杂。ML4428控制芯片的出现,简化了控制电路的设计,该芯片内部含有反电势检测电路、起动换向逻辑电路和保护电路,使控制器芯片只需外接少量的阻容元件就可以实现对直流无刷电动机的控制。

2 ML4428原理图及功能实现

ML4428电机控制器不用霍尔传感器就可为Y形无刷直流电机(BLDC)提供起动和调速所需的各种功能。它采用28脚双列表面SOIC封装,它的内部框图如图1所示〔1〕,ML4428使用锁相环技术,从电机线圈检测反电势,确定换向次序;采用专门的反电势检测技术,可实现三相无刷直流换向且不受PWM噪声及电机缓冲电路的影响;采用了检查转子位置并准确对电机加速的起动技术,确保起动时电机不会反转并可缩短起动时间。

2.1 反电势检测信号的获得

无位置传感器无刷直流电动机的控制与有位置传感器无刷直流电机控制的最根本区别就是利用反电势的波形寻找最佳换向点。当永磁无刷直流电动机运转时,各相绕组的反电动势(EMF)与转子位置密切相关。由于各相绕组是交替导通工作的,在某相不导通的时刻,其反电动势波形的某些特殊点,可代替转子位置传感器的功能,得到所需要的信息。

由于对于单相反电动势波形图,反电动势过零点延时30°处对应绕组的换向信号,找出反电动势过零点,即反电动势检测的任务〔2〕。基于这一原理,在该芯片内设计了一个独特的反电势检测电路(见图2),由于有了中点模拟电路,不需从电机三相绕组中引出中线〔1〕。其中多路转换器开关依次接入产生反电动势的绕组,比较中点模拟器与多路转换器的输出,可以得出两路输出波形相似,幅度不同,唯一的交叉点即反电动势过零点。这两路输出通过右边的比较器输出为转子当前的相位信号,决定换向频率(VCO)的增减,换向频率与采样反电势相位比较,落后的换向使误差放大器向环路滤波器充电,从而增大VCO输入。相反,提早换向将会引起环路滤波器上电容放电,使VCO输入减少。利用此锁相环(PLL)技术,获得适当的换向时刻。此外,从RCVCO脚取出的信号是代表电动机速度的电压信号,可用于闭环速度控制。速度的频率信号可由监视VCO的输出来得到,它是锁相环锁定到电机准确的换向频率的信号。

2.2 起动换向技术

换向是由反电势信号采样检出经锁相环控制而完成的,在电机静止及低速运行时,其反电势为零或极低,无法检测,因此必须由其它方法“开环”起动,到产生足够大的反电势方能进入正常换向。

ML4428控制芯片提供了完满的起动换向技术:ML4428内部有一个RUN比较器(见图1),RCVCO脚电压信号代表了电动机的速度信号,起动时RCVCO脚电压低于0.6V,RUN比较器输出“开启”起动逻辑电路,“关闭”换向逻辑电路,ML4428将发出6个取样来测定转子位置,并驱动相应的线圈以产生所需转动,这将导致电机加速直到RCVCO脚电压达到0.6V,速度足够高产生被检测的反电势,此时RUN比较器输出关闭起动逻辑电路,允许锁相环电路工作开始,进入正常的换向逻辑工作状态,经检测此时电机速度是电机最大转速的8%。

2.3 闭环调速系统

ML4428内部的调速系统是典型的直流电机PWM双闭环调速系统,如图4所示,在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级联接,即以转速调节器的输出作为电流调节器,再用电流调节器的输出控制开关器件。这样组成的双闭环系统,在突加给定的过渡过程中表现为一个恒值电流调节系统,在稳态和接近稳态运行中又表现为无静差调速系统,即发挥了转速和电流两个调节器各自的作用,又避免了像单环系统那样两种反馈互相牵制的缺陷,从而获得良好的静、动态品质。

2.4 内部保护电路

ML4428内部具有电流检测和限流功能。外部功率元件MOSFET的源极电流流过RSENSE得到与电动机绕组电流成正比例的电压,经环路滤波器(该滤波器能滤除触发单稳电路的噪声尖峰电流,一般选样在时间常数300ns以内)到电流比较器的正端(ISNS引脚),比较器的负端有钳位电压为0.5V的二极管,因此可以限制电机定子电路的最大峰值电流为10A时,则RSENSE=0.5/10=0.05Ω。当电流检测电路的电压高于比较器负端电压时,单稳态电路被触发,关断输出MOSFET,电流下降,直至单稳电流被复位。
ML4428正常电源供给为+12V,在电源低于8.75V时,6个输出驱动器将全部关断。
3 结语
采用ML4428控制器芯片,简化了无刷直流电动机的控制,它不仅具有良好的限流和保护功能,而且用ML4428构成的双闭环调速系统的性能也将得到改善,采用该控制器芯片,解决了利用反电势检测实现换向及低速时“开环”起动这一难题,实验证明,该控制系统结构简单,功能齐全,提高了系统的可靠性。该方法对直流无刷电动机的广泛应用具有重要的实际意义。

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