4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器

概述

4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器是符合GJB2438標(biāo)準(zhǔn)的厚膜全硬件三相無刷電機調(diào)理器。內(nèi)部由三相霍爾解碼器、速度反饋環(huán)、雙單穩(wěn)多諧振蕩器、PWM控制器，電流門限比較器、低溫漂高精度電壓基準(zhǔn)等部分組成。

原理是三相無刷電機霍爾信號六倍頻后定脈寬給PWM控制器中的誤差放大器完成轉(zhuǎn)速反饋，電流門限比較器輸出的信號定脈寬給PWM控制器使PWM信號關(guān)斷來完成電流反饋，根據(jù)三相無刷電機被控制可能的轉(zhuǎn)速變化范圍和扭距變化范圍，外部調(diào)節(jié)PID參數(shù)，來完成在給定轉(zhuǎn)速設(shè)置時穩(wěn)定轉(zhuǎn)速目標(biāo)。

使用時必須級聯(lián)類似于4306、4301等三相全橋驅(qū)動器，實現(xiàn)閉環(huán)驅(qū)動三相無刷電機的目的。同時具有故障控制、方向控制、霍爾信號脈沖整形、電源接反保護、輸入/輸出浪涌保護的功能。4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器級聯(lián)4306/4301三相全橋驅(qū)動器適用于100V以下的伺服電機閉環(huán)控制。

主要特點

1.全硬件結(jié)構(gòu)，避免了用DSP+CPLD模式實現(xiàn)時，上電建立時間長的缺點；

2.模擬PID環(huán)路沒有了DSP數(shù)字PID環(huán)路的量化噪聲，超調(diào)量更容易設(shè)置；

3.內(nèi)置高精度基準(zhǔn)溫漂小于50ppm/℃，有利于外部進行模擬高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速設(shè)定；

4.依靠三相無刷電機的三相霍爾換向信號就能給定完成轉(zhuǎn)速反饋，無需外加轉(zhuǎn)速測量裝置；

5.HJ4312A/B可適用于多款三相橋功率驅(qū)動器直接接口；

6.內(nèi)控指標(biāo)符合GJB2438B或MIL-PRF-38534質(zhì)量控制要求，老煉篩選依據(jù)GJB548條件進行；

7.低功耗及多重保護有利于提高器件的使用壽命/可靠性；

8.完全國產(chǎn)化。

電原理圖

封裝形式及引出端功能

1．采用BOX3020-22線金屬全氣密封裝，封裝尺寸如圖所示。

2．引出端功能

注;上表為HJ4312A的引腳定義，驅(qū)動器A、B、C相高低端邏輯電平均為低電平有效。HJ4312B較HJ4312A的引腳定義差別在于HJ4312B的驅(qū)動器A、B、C相高端邏輯電平為低電平有效、低端邏輯電平為高電平有效，其余引腳定義均一致。

絕對最大額定值

電特性

三相霍爾信號解碼器真值表

HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器使用時必須級聯(lián)類型于HJ4306、HJ4301這樣的三相全橋驅(qū)動器，例如HJ4306三相全橋驅(qū)動器來說，高端和低端驅(qū)動信號均為低電平有效,需搭配HJ4312A才能使電機在上電后自啟；而對HJ4301三相全橋驅(qū)動器來說，高端驅(qū)動信號低電平有效、和低端驅(qū)動信號高電平有效，需搭配HJ4312B才能使電機在上電后自啟。

下表為HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器的三相霍爾信號解碼器有效驅(qū)動信號邏輯電平真值表；

HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器級聯(lián)類型于HJ4306、MSK4301這樣的三相全橋驅(qū)動器使用時需根據(jù)三相全橋驅(qū)動器的高、低端驅(qū)動信號來匹配HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器，必要時需使用帶施密特功能的反相器來完成換向，推薦使用HJ4069。

下表列舉了HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器與部分三相全橋驅(qū)動器級聯(lián)使用時驅(qū)動信號是否需要換向。

典型應(yīng)用及注意事項

HJ4312A伺服電機閉環(huán)控制器級聯(lián)HJ4306三相全橋驅(qū)動器應(yīng)用電路。

1.轉(zhuǎn)速反饋信號脈沖寬度

如果期望最大電機速度為3000RPM，并且所使用的電機轉(zhuǎn)子上的永磁體具有一對磁極，則電機每次機械旋轉(zhuǎn)一周將會使每個霍爾效應(yīng)傳感器傳遞一個脈沖周期,三個傳感器將產(chǎn)生三個獨立的脈沖周期，同時HJ4312A/B轉(zhuǎn)速反饋信號端T-OUT將產(chǎn)生一個脈沖周期數(shù)為3的脈沖信號，每個脈沖分別對應(yīng)傳感器脈沖的上升沿和下降沿。電機每秒轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速反饋信號將每秒產(chǎn)生150脈沖或具有150赫茲的頻率。因此，轉(zhuǎn)速反饋信號脈沖周期為6.66毫秒，轉(zhuǎn)速反饋信號脈沖寬度可設(shè)定為反饋信號脈沖周期的70%~80%，計算公式如下：

τ=0.5·Rx·Cx

注：0.5為單穩(wěn)態(tài)震蕩電路的時間常數(shù)。Rx為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設(shè)定電阻，Cx為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設(shè)定電容。

系統(tǒng)應(yīng)用時，在轉(zhuǎn)速固定的情況下，Rx和Cx使用同樣的參數(shù)匹配不同的HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器模塊，所設(shè)定的脈沖寬度因雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器而存在細微的差異，因此需對Rx和Cx進行微調(diào)，使其設(shè)定的脈沖寬度為定值，可有效避免雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器帶來誤差。

2.轉(zhuǎn)速給定及PID補償網(wǎng)絡(luò)

R1、C2的取值主要取決于Tout的最低頻率，即三相無刷電機最低的轉(zhuǎn)速；

R2、R3、R4、C2、C3組成了PID補償網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)該補償網(wǎng)絡(luò)使電機在給定條件下，適應(yīng)扭矩變化要求；

Tach轉(zhuǎn)速給定即可模擬給定也可以通過DSP的DAC直接給定或DSP的PWM輸出加低通濾波器給定。

3.電流采集

采樣電阻Rsense應(yīng)根據(jù)電機特性、+Vs、比較器門限電壓和儀表運算放大器增益電阻RG共同決定，HJ4312A/B伺服電機閉環(huán)控制器內(nèi)部預(yù)留的比較器門限電壓為0.5V

4.電平兼容設(shè)計

若需要程控轉(zhuǎn)向、剎車、PWM給定轉(zhuǎn)速，為安全起見，建議用戶要用類似HJ521C的光耦進行隔離。

* R1、R2、R3應(yīng)視DSP/MCU的外圍供電確定、要保證發(fā)射二極管的導(dǎo)通電流≥6Ma。

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