采用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路實現(xiàn)無刷力矩電機驅(qū)動電路的設(shè)計

1、 引言

某特殊用途無刷力矩電機的轉(zhuǎn)子位置傳感器原為光電傳感器，因為用途改變，其轉(zhuǎn)子位置傳感器、安裝方式和驅(qū)動電路等均需另行設(shè)計，原電機的可用部分只有定子和轉(zhuǎn)子，用其作為電機并不完整，無安裝外殼和轉(zhuǎn)子支撐軸，而且也無內(nèi)嵌于電機中的轉(zhuǎn)子位置傳感器，要使其正常運轉(zhuǎn)，需要設(shè)計安裝外殼、轉(zhuǎn)子支撐軸，轉(zhuǎn)子位置傳感器和相應(yīng)的驅(qū)動電路。

2、 無刷力矩電機驅(qū)動電路

2.1 UGN3175型轉(zhuǎn)子位置傳感器及其放置方法

鎖存型霍爾集成電路（磁敏式位置傳感器）是一種開關(guān)型電路，其動作值BOP和返回值BRP相對S極和N極是對稱動作的，如圖1（c）所示。UGN3175鎖存型霍爾集成電路是一種對稱雙極性開關(guān)，其外形、內(nèi)部電路及輸出特性如圖1所示，它的動作區(qū)在S極，返回區(qū)在N極。在S極的某一磁感應(yīng)強度（≥BOP）下，UGN3175的輸出是導(dǎo)通狀態(tài)（ON高電平），當(dāng)S極逐漸離開該IC、磁感應(yīng)強度為零時，UGN3175的輸出仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有磁場轉(zhuǎn)變?yōu)镹極并達到BRP值時，UGN3175輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)（OFF低電平），這種電路在S-N-S-N交替變化磁場下的輸出波形占空比接近50%，適合于有多極環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子的無刷直流電動機位置檢測。

因定子已經(jīng)成形，霍爾集成電路不能內(nèi)嵌于對應(yīng)繞組的定子槽中，實際使用中對應(yīng)三相繞組應(yīng)合理放置3個霍爾集成電路，如圖2所示。該型無刷力矩電機定子分為36槽，每槽對應(yīng)弧度為10°，定子為12極，每極極面對應(yīng)槽數(shù)為3，電機技術(shù)條件中規(guī)定A、B、C三相引出線及星形接線的中心點引出線綁扎后于第36槽與1號槽（1號槽對應(yīng)為A相繞組）之間引出，以此線束結(jié)點為定位基準(zhǔn)，霍爾集成電路以順時針70°夾角放置可分別對應(yīng)B、A、C三相繞組，這樣可避免因尺寸所限不能安裝于同一極面下。轉(zhuǎn)子為永磁體，鑲嵌在非導(dǎo)磁材料中，側(cè)面磁場極弱，不能觸發(fā)霍爾集成電路動作，所以應(yīng)使UGN3175標(biāo)志面（標(biāo)志面感應(yīng)S極時輸出高電平）正對定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙漏磁通。由運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子上的永磁體磁場觸發(fā)霍爾集成電路動作（Vout引腳的高低電平變化）產(chǎn)生位置信號。

2.2 MSK4364的功能

MSK4364是M.S.Kennedy公司生產(chǎn)的三相無刷電機MOSFET橋驅(qū)動電路，允許電機控制電壓為55V，輸出電流為5A。內(nèi)部具有霍爾傳感器信號處理電路、三相MOSFET橋PWM輸出電路及閉環(huán)力矩控制電路等，原理框圖如圖3所示。

MSK4364的1引腳和2引腳之間可接入阻容網(wǎng)絡(luò)電路以實現(xiàn)閉環(huán)力矩控制。剎車控制時制動使能腳6置為高電平，進入制動操作狀態(tài)，三相橋高端的3個功率管關(guān)斷，低端的3個功率管同時對地導(dǎo)通，電機三相繞組對地短接能耗制動使電機迅速停轉(zhuǎn)。各個引腳的功能見表1。

2.3 驅(qū)動電路

如圖4所示，該電路可以實現(xiàn)三相無刷力矩電機的驅(qū)動，并可通過調(diào)節(jié)LM117的輸出電壓或RADJ的阻值控制無刷力矩電機的工作電流。

（1）MSK4364的模擬地均應(yīng)接在GND（11，13）引腳，功率地RTN已于模塊內(nèi)部連接至GND引腳，因此不能在外部重復(fù)連接，以免引起干擾。

（2）應(yīng)該在V+引腳與RTN引腳之間并接一只470μF以上的電容器，以抑制電子開關(guān)高頻開斷時產(chǎn)生的干擾，該電容器應(yīng)盡可能靠近模塊放置?！?5V與GND引腳間也應(yīng)并聯(lián)一只10μF的濾波電容器。

（3）所有大電流回路都應(yīng)盡可能短，并應(yīng)盡量使用厚覆銅線布線以降低EMI。

（4）接線時應(yīng)使霍爾集成電路ABC三相、電機ABC三相、MSK4364的ABC三相輸出、霍爾信號三相輸入保持正確的對應(yīng)關(guān)系，否則電機不能正常運轉(zhuǎn)，并會出現(xiàn)不轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或強烈震動的現(xiàn)象。

三路霍爾信號輸入端可加去耦電容器抑制干擾和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3 、結(jié)束語

采用UGN3175型鎖存型霍爾集成電路作為轉(zhuǎn)子位置傳感器，以MSK4364作為位置信號處理和驅(qū)動電路，完全能夠?qū)崿F(xiàn)無刷力矩電機的驅(qū)動電路。

該電路使用在某型力矩電機中，可實現(xiàn)較寬范圍的力矩電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，經(jīng)實踐證明，完全能滿足運行要求的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。