直流无刷电机控制方案及磁编码器的应用

N Cm
N为一个电周期通电拍数； M为相数； C=1（单拍或者双拍方式），C=2（单双拍方式） 单拍工作方式：每拍只有一相绕组通电； 双拍工作方式：每拍同时有两相绕组通电； 单双拍工作方式：每拍单拍、双拍交替进行；
无刷直流电机分类及其不同控制技术 ➢ 步进电机控制实例（MP6501A）：
STEP: 步进命令 DIR: 方向控制
a=0->1
a=1
a=0
a=1->0
单相直流无刷电机控制技术及方案
• 单相直流应用实例：（MP9518为例） • 外围器件少
• 单层PCB设计容易PCB • 控制/H桥/霍尔集成
PWM VCC GND FG
OUT2 OUT1
D1
CIN
MP9518
R1 0Ω
1 VCC
OUT1 6
2 GND
5 OUT2
• 反应式步进电机：
✓ 利用磁阻转矩，结构简单 ✓ 无定位转矩 ✓ 步距角小
• 永磁式步进电机：
✓ 利用电磁转矩，效率高 ✓ 有定位转矩 ✓ 步距角度不宜做小
• 混合式步进电机：
✓ 步距角可以很小 ✓ 有定位转矩 ✓ 结构复杂
步进电机控制技术及方案
无刷直流电机分类及其不同控制技术
➢ 步进电机控制原理：
1 VCC OUT1 6
D1 Motor
CIN
2 GND OUT2 5
D2
3 FG
PWM 4
• 输出FG/RD可选择
• 内部集成霍尔检测 (min. ±3mT)
单相直流无刷电机控制技术及方案 • 单相直流无刷电机控制技术实例：（MP9518）
PWM IN
8-bit
Duty Cal.
Linear Table Lookup
内容简介
• 单相直流无刷电机控制技术及方案 • 三相直流无刷电机控制技术及方案 • 步进电机控制技术及方案 • 永磁同步电机矢量控制技术及方案 • MPS转子角度位置传感器特点及应用 • 基于MPS永磁同步电机方案的机器人抛球装置介绍
单相直流无刷电机控制技术及方案
➢ 单相直流无刷电机原理
• 需要检测转子磁场位置 • 根据位置信息决定通电顺序，以产生持续旋转的磁场 • 调节H桥占空比从而控制绕组电流大小
• 死区可调
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Cdd
RDEAD RSLEW
VDD FAULT FB
CPA CPB VCP VIN
DT
MP6530
0.47uF VIN
CREG
CIN
• 5V-60V输入
SLEW Exposed GND
PAD
GHA
OC_REF SLEEP ENA ENB ENC PWMA PWMB PWMC
SA GLA LSS GND
• 电脉冲信号与角度位移成正比 • 两相邻相磁极轴线与转子齿数的关系：
Zr为转子齿数，p为极对数，为m相数，K为正整数。
Zr K 1
2 pm
m
A相对齐时（3相步进电机为例）
无刷直流电机分类及其不同控制技术
➢ 步进电机控制原理：
• 电周期的通电拍数与步距角的关系（N拍转一个齿距）：
s
360o NZr
Phase A (repeat for B and C)
To Phase B To Phase C
• 三相驱动可独立控制
• 外部MOSFET，功率应用灵活 •输出驱动可100%占空比工作
三相直流无刷电机控制技术及方案
• 三相直流无刷电机控制实例：（MP6532）
• 三相驱动可独立控制 • 支持三相霍尔+PWM接口输入
➢ 三相直流无刷电机原理（三相两两导通六状态）
• 根据三相霍尔德位置决定导通相，以产生旋转的定子磁场 • 每60o有两相导通，另外一相悬空 • 每相电流导通240o
001 101 100 110 010 011 001 101 100 110 010 011
EA IA
EB
IB EC
IC
三相直流无刷电机控制技术及方案 • 三相直流无刷电机控制实例：（MP6530）
FG 3
4 PWM
Straight Lead TSOT23-6
PCB
PCB
Rotor Magnet
单相直流无刷电机控制技术及方案 • 单相直流应用实例：（MP9518为例）
• 3V to 18V 输入，21V过压保护 • 输入防插反
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• 软换相抑制电流过冲和噪声 • BEMF和电流自动锁相提高效率
VREG
Charge Pump
VCP
LDO
VREG
Timing and
SA
Control Logic
HS Gate
VCP
Driver
SB SC
VREG
LS Gate Driver
• 全集成驱动和三相桥 • QFN5x5mm • MP6540: 60V/5A/30mΩ • MP6541: 35V/8A/13m Ω
BEMF Io
HALL OUT1
OUT2
θson(45o)
θoff(max. 45o)
θsoff(45o)
θson
θoff
• 检测输入PWM占空比 • 查表获取输出PWM占空比 • 查表可任意数字编程
• 软换相抑制电流过冲和 噪声 • BEMF和电流自动锁相 提高效率
三相直流无刷电机控制技术及方案
MS2 MS1 模式
拍
数
L
L
Full
4
L
H Half
8
H
L
Quarter 16
H
H
Eight 32
绕组最大电流设定 开关频率设置
无刷直流电机分类及其不同控制技术 ➢ 步进电机控制实例（MP6501A）：
8-bit PWM_ OUT
Tcase_rise=10ºC @VIN=12V, IIN=0.31A Room. Temp,
单相直流无刷电机控制技术及方案
• 单相直流无刷电机控制技术实例：（MP9518）
PWM IN
Duty Cal.
8-bit
Linear Table Lookup
8-bit PWM_ OUT
nFAULT AGND
Fault Handling
TSD
OC_REF OCP Comparator
VIN UVLO_REF UVLO Comparator
LSS
SOA G
G
SOB
G
SOC
Current Measurement
(to ADC)
VREF(MCU)
• 实时输出三相电流检测
➢ 步进电机分类：
• 5V-60V输入
• 死区可调
• 外部MOSFET，功率应用灵活 •输出驱动可100%占空比工作
三相直流无刷电机控制技术及方案
• 三相直流无刷电机控制实例：（MP6540/1）
• 三相桥臂可灵活单独控制
VIN
nSLEEP
ENA ENB ENC
PWMA PWMB PWMC
CP1
CP2 VCP
VIN