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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

势,可以确定转子的实际位置。
  
  图4事件时序示意图
  
  如图3所示,反电动势和相绕组的电流同方向时,效率最佳。
  
  ST72141可以有2种不同的驱动模式:电压模式和电流模式。电流模式下,通过改变电机的参考电流而改变力矩的大小(因为力矩和电流成正比)。电流的控制是通过PWM来调整的。电压模式下,通过改变电机的参考电压来改变速度。这种模式不是直接控制电流,但设置了电流的最高限制,即力矩可达的最大值。电压的控制也是通过改变PWM周期来实现的。
  
  电机速度的调整使用闭环实现。ST72141内部有2个速度调整回路。第1个回路是自动换向时效率的调整回路。这个回路使得反电动势和相绕组的电流信号同方向。第2个回路是速度调整回路,可使电机维持在设定的速度。
  
  ST72141对电机控制基于3个事件的处理:反电动势过零点事件(Z事件)、换向(C事件)、向绕组去磁结束(D事件),如图4所示。
  
  去磁结束和反电动势过零点是物理事件,但是换向事件是通过ST72141计算得来的,也就是计算过零点事件和下一个换向之间的延迟时间。如果速度加快,过零点事件将更早发生,延迟必须减小以使反电动势和相绕组的电流同方向。
  
  ST72141的电机控制外设总是以相同的次序处理这3个事件:Z事件在计算的延迟之后产生C事件,然后等待D事件。电机启动时,根据检测到一定的连续Z事件后进入自动换向模式。
  
  图5过零点事件检测原理
  
  ST72141中,Z事件(过零点)和D事件
  
  
  
  (去磁结束)的检测由相同的外设部分处理。这些信号通过ST72141的MCIA,MCIB和MCIC三个引脚输入。过零点事件(Z事件)检测的原理如图5所示。
  
  图5所示为电机控制的两种状态。在图5左部,绕组C已经去磁。在大约20μs之后,读取反电动势的窗口打开。在T1关闭时,电流流经续流二极管,A点为地。假设A相绕组的反电动势为Ea,B相绕组的反电动势为Eb,C相绕组的反电动势为Ec。当Ec过零点时,有Ea=-Eb,这样N处为零电势。这就意味着可以不需要虚拟地就可以获得需要的反电动势的信息。反电动势过零点事件通过输出比较器获得,无传感器模式时,一定频率的PWM信号加在T1上。C的电压被钳位二极管钳位在+5V/0.6V(而需要关注的是过零点)。这里的分析同样适应于电机绕组为三角型连接。
  
  比较器的一个输入是C相绕组的电压信号,另一个输入是一个门槛电压(通过软件可选择0.2、0.6、1.2和2.5V)。ST72141等待C相绕组的反电动势到达选择的阈值电压。PWM信号施加在T1上,当T1关闭时,C相绕组的电压为地。因此,ST72141只需要读取反电动势就可以检测到到达这个阈值的时间点。
  
  检测去磁结束事件的方法和过零点事件相同,并使用相同的外设。电机控制按照固定的顺序处理这三个事件,Z事件后经过一段延迟,产生一个C事件,然后等待一个D事件。
  
  图6去磁结束事件
  
  在换向之后,开始相绕组加速去磁。为了避免过早地检测去磁结束事件,换向之后有20μs的滤波时间,如图6所示。为了避免检测去磁结束事件太晚,

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