基于+TB6575FNG的无位置传感器电机在车载冰箱压缩机中的应用
季彬，杂广德（江西喜泰电机有限公司，余江335200）
摘要：介绍了TB6575 FNG无位置传感器专用芯片的主要功能，并设计了一款车载冰箱压缩机用无
位置传感器电机及驱动系统，并得出一些使用心得。
关键词：无刷直流电动机；无位置传感器
中圈分类号：TM36+1 文献标志码：A 文章编号：1001-6848 (2010) 0l-0100-03
0引 言
永磁无刷直流电动机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化产品，是现代电子技术（包括电力电子、微电子技术）、控制理论和电机技术相结合的产物。永磁无刷直流电动机具有结构简单、可靠性高、维护方便、运行效率高和调速性能好等优点，随着微处理器技术、电力电子技术、控制理论以及低成本、高磁能积永磁材料的发展，得到越来越广泛的应用。带位置传感器的永磁无刷直流电动机虽然为转子位置提供了最直接有效的检测方法，但却增加了电动机的体积和结构复杂性，也提高了电机的成本。如采用无位置传感器控制，则可以有效解决这些不足，同时提高系统工作的可靠性。目前，无位置传感技术已经在永磁无刷直流电动机上得到了较为广泛的应用，特别是在家用电器领域非常普及，如：变频空调、变频冰箱以及无刷直流贯流风机等电机的控制等。
为此，一些国际知名的半导体公司先后推出了多款简单实用的无刷直流电动机无位置传感器专用控制芯片，本文结合一个应用实例介绍无刷直流电动机无位置侍感器专用控制芯片TB6575FNG的应用，这款芯片只需要简单的外围电路便可实现电机的无位置平稳起动和运行，经济实用。
1 TB6575FNC介绍
1.1主要特点
1)三相全波无位置驱动；2）通过外接电位器等模拟信号可以方便的调节PWM的占空比；3）过流保护功能；4）正／反转控制功能；5）超前角(7.5/15)可选；6）转速反馈功能（此信号可以提供给上位机用于转速的显示和控制）；7）DC激励模式可以很好的改善起动特性；8）可方便的调节DC激励模式和强制换相模式的时间长度，适应性强；9）强制换相频率可选；10）输出极性可选。
TB6575FNG的内部主要包括了：A/D转换器、DC激励电路、超前角设定、定时器、PWM发生器、过流保护电路等功能模块，图1是其内部原理方框图。
1.2 TB6575FNG推荐的工作条件
电源电压：5V DC，PWM频率：15 kHz，振荡器频率：4 MHz，封装为：SSOP24。
1.3 TB6575FNG主要功能
1)无传感驱动
TB6575FNG一旦收到一个速度给定信号，电机便会按照预先设定的位置进入DC激励模式，经过短暂的起动时间后电机便跟随PWM信号进入强制换相模式并起动运转。如图2所示，电机起动时间的长短由芯片8、9脚所接的电阻值和电容值的大小以及不同电机和负载的大小决定，电阻值和
电容值的大小需要通过试验选取。一般情况下，****电阻220 kΩ、电容为1μF。2脚所接电容Cl的大小也影响着电机的起动特性，也需要通过试验来选取。只有在芯片的8、9脚选择匹配合适的电阻和电容、选择合适的电容C1才能确保电机的起动过程平稳可靠。
电机旋转后，在每相绕组中产生感应电压，当该感应电压信号输入到芯片的位置信号输入端时，强制换相模式将自动切换到自由换相模式。
2)起动强制换相频率
通过设定芯片第24脚的高低电平可以确定强制换相频率的大小，换相频率的分档和设定见表一。起动时的强制换相频率由芯片外接的晶体振荡器频率和内部计数器位数确定，同时也和不同电机及负载的大小有关系，需要通过试验来确定。
当磁极的数目增加时，强制换相频率应当设置为较高值；当负载的惯量增加时，强制换相频率应当设置为较低值。
3) PWM控制
PWM频率=FxV256
Fxt为外接晶体振荡器的频率
PWM信号频率的值是由电机的转速和功率器件的开关特性决定的，不同的PWM信号频率对功率器件的寿命和电机的噪声有着一定的影响，需要结合实际情况选择一个合适的值。
4)超前角控制
针对不同的电机和负载选取合适的超前角度可以改善电机的起动特性并提高电机的效率。TB6575 FNG提供7.5/15两种可选超前角度，具体通过给定芯片12脚的电平来设置，设置规则见表2。
5)转速反馈信号
TB6575FNG芯片的7脚提供了一个转速反馈信号，此信号可用于转速的显示和电机出现过载或者堵转时的故障输出信号，还可以通过一个频率转换器LM2917和TB6575FNG芯片本曼互差主输入端（第5脚）构成一个闭环调速系统：
2应用实例
综合上述原理，我们设计了一萝款车载冰箱压缩机无位置传感器电机及其驱动系统．系统原理框图见图3，系统主要技术参数：36VDC,3 000 r/min,50 W。
驱动系统包括了控制部分( TB6575FNG)、前级驱动部分(IR2103)、逆变器部分以及过流、过压反电势检测等部分。其中逆变器部分可以通过芯片的第3脚来进行多种组合的选择，包括PNP和NPN晶体管组合，或者P沟道和N沟遭MOS-FET、ICBT组合。反电势检测部分是由3个电阻连接到电机的三相绕组和一个由RC组成的带通滤波器组成。在上述这个应用实例中，Fxt晶体震荡的频率为4 MHz，强制换相频率为5 Hz。电阻R2为220 kn，电容C3为1μF，超前角为7.5度，LM339的第5脚所接电容非常关键，它的取值直接影响着电机的起动特性。
样机测试证明，系统无论是在空载还是在负载状态下起动，都非常平稳可靠。在额定运行状态下效率可达百分之88，达到了设计目标，符合客户要求。
本例是针对一款无槽无刷稀土永磁电机驱动的蜗旋式压缩机而设计的，所有电路和参数都与该电机及负载有关。
3结论
通过TB6575FNG在车载压缩机无位置驱动系统中的应用，我们认为这款芯片具有如下一些优点：
1)所需要的外部元件较少，特别是反电势检测部分，只需要简单的RC滤波电路便可方便的得到电机的位置信号，在满屉无位置驱动功能的同时能够降低产品的成本。
2)如果把反电势检测部分改为标准三次谐波的方式，该芯片还可以适应更宽电压范围(****可以达到直流300 V)，方便在不同电压等级下使用。
同时，TB6575 FNG还有一些不足：
l）过流保护功能和起动时的电流保护相冲突，如果电流保护阀值太低可能造成电机运行不起来，太高则可能损坏功率器件，增加了应用难度。
2）从“强制换相模式”到“自由换相模式”的自 动切换，除了与其对应引脚的阻容值有关外，还与起动速度给定电压有关；如果电压太高，则会导致起动冲击电流太大，引起过流保护电路动作，进而造成电机不能正常起动，使系统陷入频繁起动、但无法起动成功的死循环。所以要对电机起动速度给定电压进行合理的控制。
3）采用6位A/D转换器使得PWM调整电压范围仅有1V-4 V，所以系统速度环的控制精度不可能很高，因而限制了其在调速精度要求较高场合的使用。
4）TB6575FNG是采用三次谐波检测法对转子位置进行定位的，而标准三次谐波的相位会随着电机的运行速度而变化，速度越高，这种变化越明显，这就会影响到系统的换相精度，因此此芯片不适合在高速电机上使用。
作者简介：
李彬（1983 -），男，工程师，从事无刷直流电动机控制器设计工作。
宋广德（1969 -），男，****工程师，从事无刷直流电动机设计工作。 |
