Micro Linear公司生產的ML4428無刷直流電機無感測器PWM智慧控制器的內部結構，它是無位置感測器無刷直流電動機控制的簡易方法，該控制器內部的反電勢電路、起動及換向邏輯電路、限流比較器和保護電路簡化了無位置感測器無刷直流電動機的控制，做到單獨控制的正反向執行，起動時無反轉，採用PWM控制或最小噪聲的線性控制，可獲得最高效率。

關鍵詞：無刷直流電動機；位置感測器；反電勢檢測電路 1 引言 無刷直流電機具有體積小、重量輕、維護方便、高效節能、易於控制等一系列優點，被廣泛應用於各個領域。傳統的無刷直流電機大多以霍爾元件或其它位置檢測元件作位置感測器，但位置感測器維修困難，且霍爾元件的溫度特性不好，導致系統可靠性變差。因此，無位置感測器無刷直流電機成為理想選擇，並具有廣闊的發展前景，但它的控制電路相當複雜。ML4428控制晶片的出現，簡化了控制電路的設計，該晶片內部含有反電勢檢測電路、起動換向邏輯電路和保護電路，使控制器晶片只需外接少量的阻容元件就可以實現對直流無刷電動機的控制。2 ML4428原理圖及功能實現 ML4428電機控制器不用霍爾感測器就可為Y形無刷直流電機(BLDC)提供起動和調速所需的各種功能。它採用28腳雙列表面SOIC封裝，它的內部框圖如圖1所示〔1〕，ML4428使用鎖相環技術，從電機線圈檢測反電勢，確定換向次序；採用專門的反電勢檢測技術，可實現三相無刷直流換向且不受PWM噪聲及電機緩衝電路的影響；採用了檢查轉子位置並準確對電機加速的起動技術，確保起動時電機不會反轉並可縮短起動時間。2.1 反電勢檢測訊號的獲得 無位置感測器無刷直流電動機的控制與有位置感測器無刷直流電機控制的最根本區別就是利用反電勢的波形尋找最佳換向點。當永磁無刷直流電動機運轉時，各相繞組的反電動勢(EMF)與轉子位置密切相關。由於各相繞組是交替導通工作的，在某相不導通的時刻，其反電動勢波形的某些特殊點，可代替轉子位置感測器的功能，得到所需要的資訊。由於對於單相反電動勢波形圖，反電動勢過零點延時30°處對應繞組的換向訊號，找出反電動勢過零點，即反電動勢檢測的任務〔2〕。基於這一原理，在該晶片內設計了一個獨特的反電勢檢測電路(見圖2)，由於有了中點類比電路，不需從電機三相繞組中引出中線〔1〕。其中多路轉換器開關依次接入產生反電動勢的繞組，比較中點模擬器與多路轉換器的輸出，可以得出兩路輸出波形相似，幅度不同，唯一的交叉點即反電動勢過零點。這兩路輸出透過右邊的比較器輸出為轉子當前的相位訊號，決定換向頻率(VCO)的增減，換向頻率與取樣反電勢相位比較，落後的換向使誤差放大器向環路濾波器充電，從而增大VCO輸入。相反，提早換向將會引起環路濾波器上電容放電，使VCO輸入減少。利用此鎖相環(PLL)技術，獲得適當的換向時刻。此外，從RCVCO腳取出的訊號是代表電動機速度的電壓訊號，可用於閉環速度控制。速度的頻率訊號可由監視VCO的輸出來得到，它是鎖相環鎖定到電機準確的換向頻率的訊號。2.2 起動換向技術 換向是由反電勢訊號取樣檢出經鎖相環控制而完成的，在電機靜止及低速執行時，其反電勢為零或極低，無法檢測，因此必須由其它方法“開環”起動，到產生足夠大的反電勢方能進入正常換向。ML4428控制晶片提供了完滿的起動換向技術：ML4428內部有一個RUN比較器(見圖1)，RCVCO腳電壓訊號代表了電動機的速度訊號，起動時RCVCO腳電壓低於0.6V，RUN比較器輸出“開啟”起動邏輯電路，“關閉”換向邏輯電路，ML4428將發出6個取樣來測定轉子位置，並驅動相應的線圈以產生所需轉動，這將導致電機加速直到RCVCO腳電壓達到0.6V，速度足夠高產生被檢測的反電勢，此時RUN比較器輸出關閉起動邏輯電路，允許鎖相環電路工作開始，進入正常的換向邏輯工作狀態，經檢測此時電機速度是電機最大轉速的8%。2.3 閉環調速系統 ML4428內部的調速系統是典型的直流電機PWM雙閉環調速系統，如圖4所示，在系統中設定兩個調節器，分別調節轉速和電流，二者之間實行串級聯接，即以轉速調節器的輸出作為電流調節器，再用電流調節器的輸出控制開關器件。這樣組成的雙閉環系統，在突加給定的過渡過程中表現為一個恆值電流調節系統，在穩態和接近穩態執行中又表現為無靜差調速系統，即發揮了轉速和電流兩個調節器各自的作用，又避免了像單環系統那樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得良好的靜、動態品質。2.4 內部保護電路 ML4428內部具有電流檢測和限流功能。外部功率元件MOSFET的源極電流流過RSENSE得到與電動機繞組電流成正比例的電壓，經環路濾波器(該濾波器能濾除觸發單穩電路的噪聲尖峰電流，一般選樣在時間常數300ns以內)到電流比較器的正端(ISNS引腳)，比較器的負端有鉗位電壓為0.5V的二極體，因此可以限制電機定子電路的最大峰值電流為10A時，則RSENSE=0.5/10=0.05Ω。當電流檢測電路的電壓高於比較器負端電壓時，單穩態電路被觸發，關斷輸出MOSFET，電流下降，直至單穩電流被複位。ML4428正常電源供給為+12V，在電源低於8.75V時，6個輸出驅動器將全部關斷。3 結語 採用ML4428控制器晶片，簡化了無刷直流電動機的控制，它不僅具有良好的限流和保護功能，而且用ML4428構成的雙閉環調速系統的效能也將得到改善，採用該控制器晶片，解決了利用反電勢檢測實現換向及低速時“開環”起動這一難題，實驗證明，該控制系統結構簡單，功能齊全，提高了系統的可靠性。該方法對直流無刷電動機的廣泛應用具有重要的實際意義。