运动控制专用集成电路及应用

谭建成  (广州电器科学研究所)

         【摘  要】本文为“运动控制专用集成电路及应用(续7)”(见1994年《微电机》第1期)的续篇，介绍无刷直流电动机用。tda5142t无转子位置传感器的特点、外作原理、外接电容的选择及其对电机的控制。

    【叙  词】集成电路无刷直流电动机位置传感器原理电机控制

8  tda5142t无转子位置传感器的无刷直流电动机驱动器

    tda5140／5141／5142无刷直流电动机专用集成电路是philips生产的双极型集成电路，适用于三相全波驱动方式的无刷直流电动机。它不必采用霍尔效应或磁阻效应等转子位置传感器，而是应用三相定子绕组在不激励时间内的反电势过零点作为转子位置检测，完成换向过程。其中tda5140a／5140at、有600ma驱动能力，直接驱动电机绕组，tda5141驱动能力增至1．5a，可直接驱动硬磁盘、风扇等。而tda5142t、则驱动外接功率mosfet、或双极型晶体管，驱动电流能力达150ma，适于不同功率水平的无刷直流电动机配套使用。为了获得每相绕组反电势信号，必须从电机中引出三相星形绕组的中点，这是应用这些电路对电机附加的要求。

8．1特点

    ·利用电机相绕组反电势提供换向信号，不必专门设置转子位置传感器。

    ·内设有起动电路。

    ·优化换向，与电机型号和负载大小无关。

·三相六步全波换向工作方式。

    ·电机三相星形接法，且有中点引出。

    ·有输出电流限制和过热保护。

    ·利用电机反电势信号产生精确的测速频率信号(fg)。

  ·有制动功能。

  ·内设有独立的高输出电流运算放大器，可用作控制放大器，或作为开关或功率电源(smps)驱动的电平转换用。

8．2引脚说明及限制数据引脚说明如附表所示。

     主要限制数据：

  供电电压vp：4～18v

  vmot电压vvmot：3～18v    comp—a，b，c和moto电压范围：一o．5～vmor    otu—n，otu—p输出电流限制：<150ma

8.3基本结构与工作原理

   tda5142t的基本原理结构见图1。图中主要组成包括换向逻辑、驱动输出级、反电势比较器、独立放大器，还有起动振荡器、自适应换向时延电路、定时器，它们可由外接电容器整定，此外有一个转速输出级和一个热保护电路。

    在图2所示的换向周期内，全波三相无刷直流电动机三相绕组接至功率级输出端motl、mot2和mot3，每个输出有三种可能的状态，高电压态，绕组接到电源正端，得到源电流；低电压态，绕组接到电源低端，得到漏电流；高阻态。对于一个绕组，高阻态出现在高态和低态之间，此时绕组处于不激励状态，绕组反电势即可由电路中的反电势比较器检测，并由换向逻辑选择。在一个周期内，三个绕组中必有两个绕组分别处于高态或低态，只有一个绕组处于高阻态，它的反电势过零点被用作转子位置信号供检测。  要注意的是，反电势过零点与下一个理想换向时刻相差30。。这个时间间隙由外接cap—cd和cap—dc电容测定和存贮，它们的放电由换向逻辑采样，以确定予定的换向时延。由换向逻辑选通反电势比较器确定哪一相电机绕组反电势的过零点被选用，并用来计算出下一个换向点的正确时刻，由自适应换向时延电路按电机负载的大小计算出正确的换向时延。

  驱动输出级有限流电路和过热保护电路保护。

  反电势过零点亦被用来提供电机速度信息，正比于转速的频率信号fg。

    上述系统功能只有在电机旋转起来后产生反电势才能实现。为了使电机能正确起动，芯片内设置有起动振荡器，产生起动时的换向脉冲信号。

    定时器的功能是用作内部定时和电机反转检测的定时。

8．4外接电容的选择

8．4．1 cap—st起动电容

    起动电容决定了起动振荡器的振荡频率。它以2弘a电流