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唐灿伟 王庆文 谢宝昌 陈亚珠(上海交通大学200030)
摘 要 通过对ML4428的介绍，分析了反电势感应技术在无刷直流电机中的应用，并给出了其中一些重要参数的计算方法。
叙 词 无刷直流电动机控制反电势检测电路
1 引 言
近20年，采用电子换相原理工作的无刷直流电动机(BLDC motor)得到了越来越广泛的应用。传统BLDC中转子位置传感器使电机的结构变得复杂，而且在一些小尺寸BLDC中，传感器的放置成了设计中的一个难题。因此，一种称为无转子位置传感器控制的技术得到越来越多的应用。它利用反电势检测电路来取代传感器，以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性[1]。许多****半导体厂商开发出了基于此技术的专用IC。本文以Micro Linear公司的ML4428为例，介绍无转子传置传感器在无刷直流电机控制中的应用。
ML4428为28脚双列直插式结构。它由以下6大功能模块组成：
(1) 反电势采样器和VCO构成的反电势检测模块。
(2) 启动和换流逻辑模块。
(3) MOS管功率驱动模块。
(4) PWM速度控制模块。
(5) PWM电流控制模块。
(6) 电源故障检测模块。
ML4428提供了在启动和控制“△”接法或“Y”接法无刷直流电机时，所要用到的所有功能，包括PWM方式的速度控制、制动和电源故障检测等功能。ML4428保证在任何运行状态下，场效应管不会上下直接导通而击穿，而且可以通过采用缓冲三极管或标准高端驱动器来驱动高压(>12V)电机。ML4428还用到了一种快速启动(Smart-StartTM)技术。它通过对转子位置进行采样，根据采样信号来驱动电机，使电机一直加速到额定转速。这样不仅能保证在启动时电机不会反转，而旦还能缩短启动时间。
2反电势检测和换流器
当永磁无刷电机运转时，各相绕组的反电动势与转子位置密切相关。由于各相绕组是交替导通工作的，在某相绕组不导通的时刻，其反电势波形的某些特殊点，可代替转子位置传感器的功能，得到需要的换相信息。
图2给出了反电势感应电路的原理。中点仿真器输出三相的中点电位，多路复用器根据换向逻辑选择输出未通电相（检测相）的感应电势输入(PHI)，经符号转换器就得到了检测相的感应电势值。
中点仿真器、多路复用器、互导放大器和符号转换器相当于一个相位探测器，它与环路滤波器以及压控震荡器(VC0)，构成了反电势锁相环。锁相环把VCO锁定于电机的反电势，VCO准确地输出电机的换流频率。运用锁相环技术，通过测定电机绕组的感应反电势来确定正确的换相次序。只要电机在运行过程中，电机自感系数的波动>百分之30，而且电机对PWM噪声的反应不敏感，就可以运用这种反电势感应技术实现三相电机的正确换流。
在反电势检测电路中，通过对不通电相的采样来决定是增大还是减小换流频率。如换流过慢，误羞放大器将对RCvco上的滤波器RC充电；而当换流过慢时，就会增大对VCO的输入，使VCO的输出频率升高，从而加快换流，其中RCvco被用做模拟速度控制环的速度反馈电压。
反电势采样输入PHI对GND的输入电阻大约都为8. 7kΩ在驱动高压电机时，PHI输入必须与电阻串联，以保证任何PHI输入的****电压不会超过3 VΩ和相位检测器参数的计算[3]
VCO的设定必须保证，在****频率下运行时，VCO的控制电压不会超过yREF，即****频率为：
式中Ⅳ为电机极数，RPMMAX为电机每分钟****转数。VCO增益的最小值为：
图3给出了带相位检测器的锁相环的线性传递参数。相位检测器的增益为：
简化后，环路滤波器的阻抗为：
若要求环路在20个锁相环循环后停下来，则要满足
在RCvco引脚对地接一个80kΩ电阻，可使电机由检测状态向闭环运行状态平滑转换。
4 电机的启动和速度控制
当电机停转时，它不产生反电势。因为闭环换流中要用到反电势信号，所以电机必须以其他方式启动，直到有足够大的反电势产生。当RCvco端电压超过0.6V，电机就进入运行状态。这时电机转速大约为反电势感应技术在无刷直流电机控制中的应用的百分之8，已能产生足够大的反电势启动闭环运行。
只要RCvco上的电压低于VSPEED上电压时，电机就保持在加速状态。在这段时间内，除了受/LIMIT限制外，电机将得到****电压的N坑道驱动。当RCvco电压达到ySPEED电压时，电容Cisc将充电，并通过设定一个25kHz的PWM锯齿波的比较基准对N坑道门进行控制。速度环的补偿在gm =0. 23mH的互导放大器的输出Csc和Clsc上完成。图4介绍
ML4428速度控制的原理。两个互导放大器的输出，速度控制中，电流反馈分量的带宽由Cisc设定：
滤波器的带宽应为RCvco引脚上位置滤波器带宽的百多之10左右，通常在1到10的范围内。
5结语
采用ML4428，实现了一个盘式永磁直流无刷电机的换流控制和速度控制。结果表明，采用反电势感应技术后，可使电机本体的结构简化。这说明，反电势感应技术在无刷直流电动机的控制方面有比较大的应用价值。
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