永磁同步电机之控制器实例

无刷直流电动机控制器类型主要有：①分立器件组成的控制器，其结构复杂，抗干扰性和可靠性较差，不利于大批量生产；②基于专用集成电路的控制器，其结构简单，外围器件少，功能齐全，可靠性高，成本低廉；③基于微处理器的控制器，随着微处理器技术的发展，可以开发出各种功能完善、控制灵活的控制器，极大地拓宽了其适用领域。

基于专用集成电路的控制器具有较高的性价比，其应用日益广泛，已出现了多种无刷直流电动机控制集成电路，其中MC33035是美国Motorola公司生产的高性能第二代无刷直流电动机控制器专用集成电路。它具备控制一个全特性开环三相无刷直流电动机所需要的全部功能，可实现电动机的PwM开环速度控制、使能控制（起动或停止）、正反转控制和能耗制动。此外，MC33035还可以用作有刷直流电动机的控制器芯片。

1 . MC33035功能介绍

MC33035芯片采用24脚DIP塑料封装，其管脚功能说明如表7一10所示，其管脚排列和内部结构如图7一44所示。从功能上讲，该芯片主要包括：①转子位置传感器译码电路；②带温度补偿的内部基准电源；③频率可设定的锯齿波振荡器；④全通误差放大器；⑤脉宽调制（PWM）比较器；⑥输出驱动电路；⑦限流保护电路。

( 1）转子位置传感器译码电路。图7一44中的译码电路将根据电机正反转信号、 60 " / 120 "信号的状态确定三路位置传感器信号的逻辑处理方式，最后将逻辑处理结果转换为逆变桥开关的6路驱动信号。另外，位置传感器信号输人端4 、 5 、 6脚内含上拉电阻，输人电路与TTL电平兼容，门限典型值为2 . ZV，它适用于集电极开路型霍尔效应开关或者光电藕合器等位置传感器类型。该译码电路可用于传感器相位差为。这4种空间位置的三相无刷直流电动机。表7一9中3个传感器输人端原则上可有8种输人方式组合，其中6种是有效的转子位置信息，其余两种则是无效的，通常是由传感器引线开路或短路造成的。当输人为无效组合时，14脚将输出故障信号，同时封锁驱动输出，以保证电机系统的安全。

( 2）正／反转控制。电机正／反转控制是由3脚的逻辑电平决定的。当3脚逻辑状态改变时，位置译码器首先将传感器信号在内部逻辑取反，再经译码后，得到反相序的换向输出，改变电机相绕组的导通顺序，实现电动机的反转。

( 3）起／停和制动控制。电机的起／停控制通过芯片7脚使能端来实现。当7脚悬空时，内部40拌A电流源使驱动输出电路正常工作。若7脚接地，3个上桥驱动输出开路（1状态）, 3个下桥驱动输出强制为低电平，使电动机绕组没有激励而停车，电机停转的同时14脚输出低电平。当制动输人端23脚为高电平时，电动机进人制动状态。此时，上桥3个驱动输出开路，下桥3个驱动输出为高电平，外接逆变桥下桥3个功率开关导通，使电动机三相绕组对地短接，实现能耗制动。

( 4）锯齿波振荡器。图7一44 ( b）中内部振荡器的振荡频率由外接定时元件岛和RT决定。 8脚输出的基准电压通过电阻RT向电容岛充电，然后价又通过内部放电晶体管迅速‘放电而形成锯齿波振荡信号，其波峰和波谷分别为4 . IV和1 . SV 。建议使用振荡器频率为20一30 kHz，以兼顾频率过低产生可闻噪声和频率过高影响功率开关效率的矛盾。

( 5）脉宽调制器。电机正常运行时，误差放大器输出与振荡器输出锯齿波信号比较后，产生脉宽调制（P WM）信号，控制下桥3个驱动输出。改变输出脉冲宽度，相当于改变供给电动机绕组的平均电压，从而控制其转速和转矩。

( 6）限流保护电路。为了避免电机电流过大而损坏电机及控制器，必须对电机电流进行必要的限制。一般电机逆变桥经一个小电阻接地，将电阻上的电压信号作为电流采样值。采样电压由9脚和15脚输人至芯片内的电流检测比较器，比较器反相输人端设置有loomV基准电压，作为电流限流基准。在振荡器锯齿波上升时间内，若电流过大，比较器翻转，将驱动输出关闭，以限制电流继续增大。在锯齿波下降时间，重新使驱动输出开通。利用这样的逐个周期电流比较，实现了限流。

( 7）欠电压锁定。 MC33035内设有欠电压保护电路，在下列三种情况下关闭驱动输出：芯片供电电压U（芜低于9 . IV 、下桥驱动电源Uc低于9 . IV 、基准电压低于4 . SV 。该锁定信号可以保证芯片内部正常工作以及向下桥驱动输出提供足够高的驱动电压。当电压恢复正常后，系统会自动恢复正常只

( 8）故障信号输出。为了实时地观测芯片的工作情况，芯片提供了一个集电极开路的故障信号输出端14脚，它可直接驱动LED作故障显示，也可与微处理机接口。当出现下列情况之一时，14脚输出低电平故障信号：①无效的位置传感器输人组合；② 7脚使能端为低电平；③电流检测端输人电压大于10OmV；④欠电压锁定；⑤芯片过热，典型值超过170 ℃ 。通过此故障信号输出端可以方便地检测控制电路的工作状态是否正常。

( 9）驱动输出。 MC33035内部嵌入了逆变桥驱动电路，其中上桥3个驱动输出是集电极开路NPN晶体管，其吸人电流能力为50mA，耐压为40V，可用来驱动外接逆变桥上桥臂的PNP功率晶体管和P沟道MOSFET功率管。下桥3个驱动输出是推挽输出，驱动能力为10omA，可直接驱动NPN晶体管和N沟道功率MOSFET，下桥驱动输出的电源Vc可由18脚单独引人。为了防止MOSFET栅极击穿，应当在18脚上接人一个18V稳压二极管进行钳位。

2．基于MC33035的无刷直流电动机控制器