運動控制專用集成電路及應(yīng)用
譚建成 (廣州電器科學(xué)研究所)
【摘 要】本文為“運動控制專用集成電路及應(yīng)用(續(xù)7)”(見1994年《微電機》第1期)的續(xù)篇，介紹無刷直流電動機用。tda5142t無轉(zhuǎn)子位置傳感器的特點、外作原理、外接電容的選擇及其對電機的控制。
【敘 詞】集成電路無刷直流電動機位置傳感器原理電機控制
8 tda5142t無轉(zhuǎn)子位置傳感器的無刷直流電動機驅(qū)動器
tda5140／5141／5142無刷直流電動機專用集成電路是philips生產(chǎn)的雙極型集成電路，適用于三相全波驅(qū)動方式的無刷直流電動機。它不必采用霍爾效應(yīng)或磁阻效應(yīng)等轉(zhuǎn)子位置傳感器，而是應(yīng)用三相定子繞組在不激勵時間內(nèi)的反電勢過零點作為轉(zhuǎn)子位置檢測，完成換向過程。其中tda5140a／5140at、有600ma驅(qū)動能力，直接驅(qū)動電機繞組，tda5141驅(qū)動能力增至1．5a，可直接驅(qū)動硬磁盤、風(fēng)扇等。而tda5142t、則驅(qū)動外接功率mosfet、或雙極型晶體管，驅(qū)動電流能力達150ma，適于不同功率水平的無刷直流電動機配套使用。為了獲得每相繞組反電勢信號，必須從電機中引出三相星形繞組的中點，這是應(yīng)用這些電路對電機附加的要求。
8．1特點
·利用電機相繞組反電勢提供換向信號，不必專門設(shè)置轉(zhuǎn)子位置傳感器。
·內(nèi)設(shè)有起動電路。
·優(yōu)化換向，與電機型號和負載大小無關(guān)。
·三相六步全波換向工作方式。
·電機三相星形接法，且有中點引出。
·有輸出電流限制和過熱保護。
·利用電機反電勢信號產(chǎn)生精確的測速頻率信號(fg)。
·有制動功能。
·內(nèi)設(shè)有獨立的高輸出電流運算放大器，可用作控制放大器，或作為開關(guān)或功率電源(smps)驅(qū)動的電平轉(zhuǎn)換用。
8．2引腳說明及限制數(shù)據(jù)引腳說明如附表所示。
主要限制數(shù)據(jù)：
供電電壓vp：4～18v
vmot電壓vvmot：3～18v comp—a，b，c和moto電壓范圍：一o．5～vmor otu—n，otu—p輸出電流限制：<150ma
8.3基本結(jié)構(gòu)與工作原理
tda5142t的基本原理結(jié)構(gòu)見圖1。圖中主要組成包括換向邏輯、驅(qū)動輸出級、反電勢比較器、獨立放大器，還有起動振蕩器、自適應(yīng)換向時延電路、定時器，它們可由外接電容器整定，此外有一個轉(zhuǎn)速輸出級和一個熱保護電路。
在圖2所示的換向周期內(nèi)，全波三相無刷直流電動機三相繞組接至功率級輸出端motl、mot2和mot3，每個輸出有三種可能的狀態(tài)，高電壓態(tài)，繞組接到電源正端，得到源電流；低電壓態(tài)，繞組接到電源低端，得到漏電流；高阻態(tài)。對于一個繞組，高阻態(tài)出現(xiàn)在高態(tài)和低態(tài)之間，此時繞組處于不激勵狀態(tài)，繞組反電勢即可由電路中的反電勢比較器檢測，并由換向邏輯選擇。在一個周期內(nèi)，三個繞組中必有兩個繞組分別處于高態(tài)或低態(tài)，只有一個繞組處于高阻態(tài)，它的反電勢過零點被用作轉(zhuǎn)子位置信號供檢測。 要注意的是，反電勢過零點與下一個理想換向時刻相差30。。這個時間間隙由外接cap—cd和cap—dc電容測定和存貯，它們的放電由換向邏輯采樣，以確定予定的換向時延。由換向邏輯選通反電勢比較器確定哪一相電機繞組反電勢的過零點被選用，并用來計算出下一個換向點的正確時刻，由自適應(yīng)換向時延電路按電機負載的大小計算出正確的換向時延。
驅(qū)動輸出級有限流電路和過熱保護電路保護。
反電勢過零點亦被用來提供電機速度信息，正比于轉(zhuǎn)速的頻率信號fg。
上述系統(tǒng)功能只有在電機旋轉(zhuǎn)起來后產(chǎn)生反電勢才能實現(xiàn)。為了使電機能正確起動，芯片內(nèi)設(shè)置有起動振蕩器，產(chǎn)生起動時的換向脈沖信號。
定時器的功能是用作內(nèi)部定時和電機反轉(zhuǎn)檢測的定時。
8．4外接電容的選擇
8．4．1 cap—st起動電容
起動電容決定了起動振蕩器的振蕩頻率。它以2弘a電流 |
