北京永光高特微電機有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
新聞詳情

基于A3932的無刷直流電動機控制器的設計

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.zgdlzj.com瀏覽數:4817


   摘要:以A3932尤刷電動機控制芯片作為邏輯控制器件,實現了一宴完整的電功助力車用無刷電動機控制方案由于芯片自帶功率M0S管驅動能力,簡化驅動電路設計的同時提高了控制器的可靠勝,此外.還包括了霍爾傳感器斷線檢測、電池欠壓保護、過流保護等保護功能一實踐證明,此方案簡單可靠且成本較低,有較高的實用價值。

l引  言

   電動助力車由于成本低、節能、環保、使用方便等特點受到人們的歡迎但長期以來使用的直流電機存在維護困難、使用壽命低、功率小的缺點,無刷直流電動機應用于電動助力車已成為一種趨勢

   無刷直流電動機既有直流電機良好的調速性能,較高的效率,又有交流電機結構簡單,維護方便的特點,因此非常適合于中功率的調速場合。在醫療器械、儀器儀表、家用電器等領域都有廣泛的應用。

   無刷苴流電動機調速需使用較多的開關器件,在電動助力車無刷直流電動機控制器的設計中既要保證控制電路的可靠,又要兼顧成本,因此控制器的設計是個難點。美國Allegr公司的無刷電機控制芯片A3932提供了一種無刷電機控制器設計方案。

   常用的無刷電動機控制芯片一般只產生控制信號,而不具有驅動功率器件的能力,或者只提供下橋臂功率器件的驅動。這樣仍需使用專用的驅動芯片進行驅動,或者設計信號放大電路對控制信號進行放大,但這兩種方案都會增加系統成本。A3932提供三路上下橋臂的大電流門極驅動,可直接驅動功率器件,簡化了驅動電路設計,降低了成本,提高了控制器可靠性。

2電動車控制電路設計方案

   以A3932為核心構成的電動助力車控制系統采用三相全橋、兩兩通電方式。功率器件選用六個N溝道功率MOS管75NF75,最大負載電壓60 V,最大負載電流20 A。駕駛者轉動轉把調節速度信號輸入。PWM脈沖發生器根據速度輸入信號改變PWM信號的占空比。由A3932接收電機的霍爾傳感器位置信號,對其進行譯碼,以決定換相順序;并產生PWM信號控制功率器件的導通和關閉,從而調節加在電機定子繞組上的電壓。用采樣電阻檢測負載電流,電機剛剛起動時,電流維持在限流值附近,系統基本上為恒流控制,以最大轉矩起動;當轉速達到一定值后,系統基本表現為。個恒轉速控制。系統框圖如圖1所示,整個控制系統結構簡單,可靠性高,體積小。

    圖1控制系統結構框圖

3無刷電動機控制系統的實現

   電動車用無刷直流電動機一般為普通輪彀電機,額定電壓為48 V,額定功率為250 W,最大允許電流為15 A。電源采用48 V鉛酸蓄電池供電。A3932電源電壓范圍為18~50 V,可以用48 V直接供電。用7805穩壓器得到電機霍爾位置傳感器所需的5 V電源??刂齐娐分饕蒔WM信號產生電路、功率器件的驅動電路、電流反饋電路及各種保護電路組成。

3.1  PWM信號產生電路

   A3932需要外接PWM信號發生器,根據換流邏輯決定將PWM信號分配給哪一個開關器件。系統采用LM393電壓比較器和一個RC振蕩電路產生所需PWM信號。電路如圖2所示。

   圖2 PWM信號產生電路

電源Vcc通過R1對電容C1充電到分壓值VccR3/(R2+R3)時,比較器U1輸出由高變為低,電容迅速放電。且保持為低,直到電容電壓降到低于A點電壓,比較器輸出重新為高,這樣B點得到鋸齒波,與速度輸人電壓比較后可得到PWM信號。通過調整R1、C1的值可調整PWM的頻率f。

3.2功率器件的驅動設計

 圖3功率器件的驅動電路

   由于A3932芯片自身的特點使得驅動電路非常簡單,如圖3所示(圖中只畫了一個橋臂的驅動電路)。Vreg是通過芯片內部整流得到的13 V電壓,用來驅動下橋臂和為自舉電容Cboost充電,芯片內部由一個P—MOS和一個N—MOS組成的推挽式電路來驅動下橋臂功率器件,可提供幾百毫安的驅動電流。下橋臂導通時,Cboost充電至Vreg當下橋臂關斷上橋臂導通時,由Cboost供上橋臂N—MOS導通所需的浮動電壓。當某一路上橋臂長時間導通(即占空比為100%)時,Cboost的電壓會下降,芯片內部的充電泵電路可以使電容電壓保持在9 V以上。Cboos電容值的選擇應根據所選功率MOS的門極充電電荷Qg,滿足 Vleak為Cboost驅動回路的漏壓降一般可取1.5 V,Vg為維持N—MOS充分導通所需電壓,一般為10 V 。

3 .3電流反饋電路

   如圖3所示,采樣電阻Rs兩端的電壓通過一個阻容濾波電路加到A3932模擬量輸入Sense腳,當此引腳電壓達到參考電壓Viref時,關閉驅動輸出一段設置時間toff這段時間內負載電流下降。toff可由外接Rt、Ct設置

   重新導通之后,由于功率MOS管自身二極管的反向恢復特性,會產生瞬時的大電流,為了避免這種情況下誤關斷驅動輸出,可以設置一段時間tblank,這段時間內芯片將忽略Sense腳的過流信號。tblank也由外接Rt、Ct決定:

通過調整Rs可以設置最大負載電流,即

3.4保護電路設計

3.4.1霍爾傳感器斷線保護電路

電動助力車受路面等外界環境的影響,可能出現一路霍爾傳感器斷線的情況,此時霍爾傳感器一個周期內產生一次錯碼(如圖4所示),A3932只在有錯碼輸入時封鎖輸出,由于慣性,電動機可能繼續運轉,這種情況下持續的沖擊電流不但會引起電機振動,也影響到電池的壽命。以120°導通的霍爾傳感器為例(如圖5所示),上電后觸發器Q端為高--當有錯碼(111或000)出現時,通過一個同或門使觸發器翻轉,Q端輸出為低,封鎖到脈沖發生器的速度輸入信號,起到了傳感器斷線保護的作用。

 圖4正常情況和斷線時霍爾傳感器輸出

   圖5霍爾傳感器斷線保護電路

3.4 .2電池欠壓保護

   鉛酸電池在低壓狀態下長時間工作會影響電池使用壽命,因此設計中應包括電池欠壓保護功能。電池電壓分壓后與一個固定的電壓值比較,如低于此固定電壓則通過二極管封鎖速度輸入,達到了保護電池的目的。

3.4.3芯片自身保護功能

   A3932自身也包括了各種保護功能。芯片可以檢測出電機相線對地短路。當某上橋臂導通時,如N—MOS源極和漏極之間的電壓超過2 V,則認為此相對地短路。另外錯誤的霍爾信號,Vreg<9.7 V,芯片過熱等異常情況發生時,芯片將“錯誤輸出”fault腳置1,封鎖驅動輸出。

4結語

   本文用A3932配合較少的外圍電路實現了電動助力車用無刷電機控制。由于芯片自身的功率器件驅動功能,節省了專用的驅動芯片,在降低成本的同時,提高了系統的可靠性。

聯系方式
 
 
 工作時間
周一至周五 :8:00-17:00
 聯系方式
于海騰:010-83971821
姜宇:010-83510840
周圍:010-61402950