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用ST72141实现无刷直流电机的控制

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:意法半导体的ST72141是专门用在无刷直流电机(BLDC)控制的单片机。内部包含意法半导体自有的反电动势检测专利技术,专门用于电机控制的片内外设,大大减少了电机控制系统的成本,简化了电机控制系统的设计。
  关键词:无刷直流电机(BLDC)单片机电机控制
  
  引言
  
  1概述
  
  ST72141是ST公司专门用于同步电机控制的一款单片机,特别适合3相无刷直流电机的控制。无刷直流电机可用于工业控制、汽车电子产品、电冰箱、空调、压缩机和风扇等产品。无刷直流电机的优点是效率高、工作噪声低、体积小、可靠性好和寿命长。
  
  ST72141是ST7微控制器家族产品中的一员。它包括A/D转换和SPI接口,有专门用于无刷直流电机控制的片内外设,可选择带传感器模式和不带传感器模式。
  
  ST7片内的电机控制电路可看成是一个脉宽调制多路复用器。它有6路输出和1个用在无刷直流电机不带传感器控制时的反电动势零点检测电路。
  
  ST72141的电机控制外设有4个主要的部分:
  
  ◇去磁结束和反电动势零点的检测电路;
  
  ◇延迟管理电路;
  
  ◇PWM管理电路(需要PWM信号来驱动电机);
  
  ◇通道管理电路。
  
  ST72141在无刷直流电机中的典型应用如图1所示。
  
  图26步长120度的驱动模式
  
  2无刷直流电机的基本原理
  
  无刷直流电机包含2个同轴的磁性电枢:外部电枢,即固定的定子;内部电枢,即可动的转子。定子是电机的引导部分;转子是电机的感应部分。无刷直流电机内部电枢的转子是一个永磁体。这个电枢由恒流源供电。定子可以有多相(这里以3相为例)。电机是同步电机。无刷永磁体直流电机是同步电机,定子的磁场旋转速度和转子的机械旋转速度相同。
  
  反电动势是使用ST72141在不带传感器模式下驱动无刷直流电机的基础。反电动势和转子的转速、流过转子的磁通和相应绕组的转子数目成正比。
  
  绕组产生的力矩大小与电流和磁通量成正比关系。
  
  ST72141提供2种控制方式:电压模式和电流模式。电流模式下可以直接按比例调节力矩;电压模式下可以调节速度,设置力矩限阈值(即电流的阈值)。
  
  3ST72141用于无刷直流电机控制
  
  图2为采用6个步长的电机控制原理图。
  
  ST72141中的电机控制是基于标准的三个半桥6个步长控制原理。
  
  T1、T3、T5是电机A、B和C绕组相的上端晶体管。
  
  T2、T4、T6是电机A、B和C绕组相的下端晶体管。
  
  在步长1时,相A为正向偏压,所以这个绕组中的电流是正向的;相B为反向偏压,所以这相绕组中的电流是负向的。这时C相绕组没有施加电源。
  
  无刷模式下,使用ST72141控制电机,可以读取这个没有施加电源的相绕组反电动势(这里以绕组相C为开始的步长1)。通过读取这个反电动

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