4425中文

ML4425脉宽调制无刷电机控制器特征：1）可独立工作；2）通过IC控制电机的起动和停止；3）机载起动时序为校准→斜升→设定速度；4）获专利的反电势换向技术为最短的“自转”时间提供了无抖动转矩；5）具有机载速度控制环；6）用于换向的锁相环PLL可对PWM产生的尖峰脉冲噪声的抗干扰创造条件，其作用与噪声传感过零技术相似；7）PWM控制可得到最高效率；8）MOSFET直接驱动12V电机；驱动高压电机需要用IR、IXYS、Harris、PowerIntegration、Siliconix等公司生产的IC缓冲器。

1引言ML4425脉宽调制控制器具有为起动和控制△接或Y接无刷直流（BLDC）电机速度所需要的全部功能，并且不用霍尔传感器。

从电机绕组传感的反电势电压信号，利用锁相环（PLL）即可确定正确的换向时序，这一获专利的传感技术可以在宽范围内使三相无刷电机换向，并且对PWM噪声和电机缓冲电路的干扰不敏感。

ML4425利用恒定的关断时间PWM控制环路，限制电机的工作电流。

其速度环是由片内放大器控制。

ML4425电路能保证没有穿透（shoot-through in）而直接驱动外部功率MOSFET。

起动程序的定时由三个可供选择的定时电容器来确定。

这就使大范围变化的电机和负载能够处于最佳状态。

2 ML4425的结构与参数2.1ML4425的结构脚1：ISENSE：电机的电流传感输入端。

当ISENSE超过0.2³ILIMIT时，三路输出驱动器LA、LB、LC一个固定时间均被关闭在（由CIOS电容量确定）。

脚2：A相上桥开关的低输出驱动器。

脚3：B相上桥开关的低输出驱动器。

脚4：C相上桥开关的低输出驱动器。

脚5：SPEEDCOMP：是速度控制环的补偿端，它由接在SPEEDCOMP脚与地端之间的串联的电阻器和电容器来设置。

脚6：CT：一只电容器接CT与地之间，可设定PWM振荡器频率。

脚7：VREF：6.9V基准参考电压输出。

脚8：SPEEDSET：速度控制环输入端，变化范围从0（停机）到VREF（最大速度）。

脚9（7）LA：A相下桥开关的高输出驱动器。

脚10（8）LB：B相下桥开关的高输出驱动器。

脚11（9）LC：C相下桥开关的高输出驱动器。

脚12：ILIMIT：该脚电压把ISENSE的门限电压设定在0.2³ILIMIT，该脚空悬不接，自动选IC内部的置位门限电平。

脚13：VCO/TACH：该脚的TTL输出电平对应于时钟信号用在换向状态机。

当反电势传感闭环锁定转子位置时，其输出频率与电机速度成比例。

脚14：VDD：12V电源电压输入端。

脚15：CVCO：该脚对地接一只电容器，可设定压控振荡器（VCO）的压－频比率。

脚16：RVCO：该脚对地接一只电阻器，可设置一与VCO输入电压成比例的电流。

脚17：CAT：该脚对地接一只电容器，可设定控制器保持在校准状态的时间。

脚18：：当VDD降低到UVLO欠压锁定门限电平时，该脚输出电平变为最低，表示所有的输出驱动器均已失效。

脚19：CRT：该脚对地接一只电容器，可设定控制器保持在斜升状态的时间。

脚20：SPEEDFB：反电势取样电路的输出端和VCO的输入端。

一个RC网络接在SPEEDFB 端设置对锁相环（PLL）的补偿通过反电势取样电路、VCO和换向状态机器构成。

脚21：CRR：当控制器处于斜升状态时，在CRR与SPEEDFB两端之间接一只电容器，可设定电机的斜升速率（即加速度）。

脚22：FBA：A相的电机反馈电压通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器。

脚23：FBB：B相的电机反馈电压通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器。

脚24：FBC：C相的电机反馈电压通过在该脚上的传感反电势的电阻分压器。

脚25：一个逻辑低电平输入使电机制动，它是通过关断上桥输出驱动器和接通下桥输出驱动器来实现的。

脚26：CIOS：该脚对地接一只电容器，可设置在ISENSE超过它的门限电平之后，低边输出驱动器仍然保持关断的时间。

脚27：RREF：该脚对地接一只137kΩ的电阻器，可设置与VREF成比例的电流，它用于为IC内部设定所有的偏置电流（除VCO之外）。

脚28：GND：信号地与功率地端。

ML4425绝对最大额定值（极限值）极限值一旦超过可能导致器件永久性损坏ML4425的运行条件电气特性除另有规定外，注：1、限额保证100％测试，取样，或与最坏的情况下测试条件相关。

2、对于状态的解释，参见图4和表1。

Table 1. Commutation State FunctionsFigure 4. Output Commutation Sequence Timing DiagramCycle 1 – Full Commutation,Cycle 2 – Commutation with 50% PWM Duty Cycle3、制动器和UVFAULT引脚都有一个内部参考内部的4KΩ电阻ML4425功能描述ML4425为无传感器型速度控制的三相BLDC直流无刷电动机提供了全部电路。

控制器的功能包括：起动电路、反电动势换向控制、脉宽调制PWM的速度控制、固定的关断时间电流限制、制动、欠压保护。

起动电路把电机校准在已知位置，随后斜升电机速度产生一个反电势信号。

通过构成的一个锁相环路，反电势取样电路可控制换向时间。

换向控制电路又输出一个速度反馈（SPEEDFB）信号，用于速度控制回路。

速度控制回路由一个误差放大器和PWM比较器组成，它产生一个PWM占空比调节速度。

电机电流由一个固定关断时间PWM关闭比较器来限制，它受控于外部传感电阻器。

换向控制、PWM速度控制和电流限制共同结合，产生输出驱动器信号。

六路输出驱动器用于提供选通信号给按直流无刷电机的电压和电流要求选取的外部三相功率桥式。

其它功能包括：制动功能和欠压保护电路。

一旦ML4425供电VDD变为低压时，可关闭输出驱动器。

元件的选择选择IC外部元件需要根据电机的电气参数和机械参数作一些计算。

下面列出这些计算需要的电机参数：直流电机电源电压VMOTOR（V）；最大工作电流IMAX（A）；磁极的数目N；反电势常数Ke（V－S/Rad）；电机的转矩常数Kt(N²m/A)(Kt=Ke，单位SI)；最大运行速度RPMMAX（r/min）；电机和负载的转动惯量J(kg²m2)；电机和负载的粘滞阻尼因数ξ。

如果不知道上述一个值或几个值，仍然可能得到合适的ML4425外部元件数值，但需要做一些实验来确定其最佳值。

除非另有特殊说明，所有的数量单位都用SI。

下面的公式应考虑最佳起始点。

所有计算的电容器和电阻器，都应采用最接近标准值的一次近似值作为选择。

电源和基准参考电压电源电压VDD通常为12V±10％。

应尽量靠近VDD端对地接一只100nF旁路电容器。

提供6.9V电压基准输出VREF，来设置ML4425的速度指令和电流限制。

需要在RREF端对地接一只137kΩ电阻器，为IC内部功能建立一个基准电流。

输出驱动器输出驱动器LA、LB、LC和为三相功率桥输出驱动信号。

ML4425中所有的控制功能，都传送到这些引脚输出。

其中LA、LB、LC为三相功率级的A、B、C相提供下桥驱动信号，并以12V为有效高电平信号。

而为A、B、C相提供上桥驱动信号，并以12V为有效低电平信号。

功率桥的电流限制电流传感电阻器RSENSE如图1所示，它可调节功率桥和直流无刷电机的最大电流。

如果RSENSE两端的电压超过电流限制门限电平，则可通过把输出驱动器LA、LB和LC关断一定的时间，来实现电流的调节。

ILIMIT在ILIMIT脚上的电压设定了电流限制门限电平。

ML4425内部有一个从VREF接地的分压器，它设定了一个2.3V的误差电流限制门限电平，见图2。

以VREF为基准的外部分压器，可用于拒绝错误的ILIMIT设置。

外部分压器的电流至少应比内部分压器电流大10倍。

它的功能是提供一个与电机电流成正比的电压，以设定电流限制跳闸断开点。

RSENSE两端默认触发电压是460mV，它由内部ILIMIT分压比来设定。

电流传感电阻器应是低电感的电阻器，如碳膜成分组成。

对毫欧姆范围的电阻器，用导线卷绕的电阻应具有低电感。

RSENSE的功耗按照IMAX2³RSENSE计算。

所以是乘号。

妈的ISENSE滤波器接ISENSE脚的RC低通滤波器与电流传感信号相串联，见图2。

设置该滤波器是为去除二极管反向恢复时的穿透电流。

该电流在电流传感信号的前沿引起一个电压尖峰，可能会误触发电流限制电路。

在滤波器前、后的电流传感电压波形见图3。

该电路推荐的初值为R=1kΩ、C=300pF，这就给出了时间常数330ns，它将滤除更短持续时间里的输出尖峰。

也可增大电容器到C=2.2nF，但时间常数不应超过几个微秒。

CIOS当ISENSE超过0.2³ILIMIT时，电流限制一次性触发功能起作用，它将在一个固定的时间（tOFF）内关断LA、LB和LC。

tOFF由接到CIOS脚的电容设定。

通常CIOS设置一个等于或小于脉宽调制周期的固定的关断时间。

当PWM的频率为25kHz时，PWM的周期为40μs，则tOFF应在20μs～40μs之间。

对tOFF的较低限制，是由功率级的最小导通时间决定的，故安全的近似值是5μs或更小些。

求解CIOS电容量的方程为：换向控制三相直流无刷电机需要电子换向以实现旋转式运动。

电子换向则需要三相半桥式功率开关轮流导通和截止。

为了实现在一个方向上产生转矩，换向是由转子的位置决定的。

ML4425中的电子换向是按恰当的时序，通过接通和关断一相中的N输出和另一相的P输出来完成的。

N沟道管输出和P沟道管输出，共有6个组合（6种开关状态），它们构成了一个完整的换向循环周期。

这6种组合在图4和表2中予以说明，并用状态A、B、C、D、E、F分别作标记。

该时序已编程在换向状态机中。

换向状态机的时钟脉冲是由VCO压控振荡器来提供的。

压控振荡器（VCO）图5 VCO外部元件的连接与振荡器波形压控振荡器在VCO/TACH脚提供一个TTL兼容的时钟输出，它与SPEEDFB脚的VCO输入电压成比例。

VCO频率与电压之间的比例常数K V，是由图5中接RVCO脚的80.6kΩ电阻器和接CVCO脚的一只电容器来设定的。

RVCO设置的电流与SPEEDFB端的VCO输入电压成比例。

该电流用于在2.3V～4.3V范围内对CVCO充电和放电。

在CVCO脚产生的三角波对应于VCO上的时钟脉冲。

比例常数K V应当设定，使VCO输入等于或稍小于VREF时，VCO输出频率对应于最大的换向频率或最大电机速度。

CVCO可用式（2）计算并选用等于或小于计算值的最接近标准参数的电容。