基于MC33035的无刷直流电机控制器

27开发应用１前言２核心芯片２．１控制芯片ＭＣ３３０３５２．２电子测速芯片ＭＣ３３０３９直流无刷电机自６０年代诞生以来，其既具备交流电机运行可靠、结构简单和维护方便的优点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等许多优点，同时还克服了直流机由于机械换相和电刷而带来的一系列弊端，因而在国民经济的各个领域中它得到越来越广泛的应用。同时，随着现代控制理论、电力电子技术等学科领域的飞速发展，直流无刷电机的驱动及控制技术作为电气传动领域的一个分支，也在其特定的领域显示出强大的生命力。ＭＣ３３０３５是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的第二代直流无刷电机控制器专用芯片，而ＭＣ３３０３９是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司生产的直流无刷电机控制器闭环速度控制专用芯片。基于这两种芯片设计的无刷直流电机控制器所需的外围电路简单，可靠性高，稳定性好等优点。ＭＣ３３０３５的引脚及内部结构如图１所示，由于采用双极性模拟工艺制造，使得它能在恶劣的环境条件下仍然具有很高的稳定性。该芯片内包含有ＰＷＭ脉冲调制放大器、频率可编程的锯齿波振荡器、误差信号放大器、３个集电极开路顶端驱动输出和３个非常适用于驱动功率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ）的大电流图腾柱式底部输出器。此外它还有可用于正确整流时序的转子位置译码器和可对传感器的温度进行补偿的参考电平，及欠过流保护、芯片过热保护、锁定功能及欠压保护、单独驱动、故障信号输出、制动输入等功能。ＭＣ３３０３９利用三相无刷直流电机转子位置传感器的３个［１－２］基于ＭＣ３３０３５的无刷直流电机控制器何进进（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０００３）摘要：本文介绍了美国Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的第２代无刷直流电机控制器专用芯片ＭＣ３３０３５的基本原理，设计了一种以专用控制芯片ＭＣ３３０３５、ＭＣ３３０３９为核心构成的无刷直流电机控制器。关键词：ＭＣ３３０３５；无刷直流电机；控制BrushlessDCMotorControlBasedonMC33035ChipHEJin-jin(CollegeofElectricalEngineering,GuizhouUniversity,Guizhou550003,China)Abstract:ThebasictheoryofMC33035chipareintroducedinthepaper.AbrushlessDCmotorcontrolusingtheMC33035andMC33039isintroducedinthepaper.Keywords:MC33035;BrushlessDCmotor;Control

收稿日期：修回日期：作者简介：２００９－０８－１９２００９－０９－１２何进进，男，汉族，贵州福泉籍，硕士。图１ＭＣ３３０３５的引脚图及电路示意图［３］方波输出信号，经由Ｆ／Ｖ变换成正比于电机转速的电压信号。芯片的第１、２、３脚接受位置传感器３个信号，经有滞后的缓冲电路来抑制输入噪声。然后经“或”运算得到相当于电机的６个脉冲信号，再经有外接定时组件的单稳态电路，从第５脚输出的信号的占空比与电机转速有关，其直流分量与转速成正比。此信号最后经滤波处理后，可得到与转速成正比的测速电压。图２为ＭＣ３３０３９的引脚图。以ＭＣ３３０３５为核心构成的电动车控制系统采用ＰＷＭ方式控制电机的转矩和转速，用电机内置的霍尔传感器来检测转子位置。ＭＣ３３０３５接收到霍尔传感器的位置信号，并对其进行译码，以决定有哪个电极换相，其对应的真值见表１。以电子测速芯片ＭＣ３３０３９作为功率变换元件，采用三相全桥驱动。此外还利用双４位无反相三态输出缓冲器７４ＬＳ２４１（管脚功能见图３ａ）、Ｄ型锁存器７４ＬＳ７７（见图３ｂ）和单片机８９Ｐ９３６构成一附加电路，用以解决电机死区启动的问题。ａｂ图４是ＭＣ３３０３５、ＭＣ３３０３９、７４ＬＳ２４１、７４ＬＳ７７以及单片机组成的三相全波无刷直流电机闭环速度控制器。本设计采用闭环控制，如图４所示，ＭＣ３３０３５的１２脚与１３脚短接，能实现精确调速。图４中电动机是四极的，ＭＣ３３０３９的第５引脚输出的脉冲数是电动机每一转输出１２个脉冲。定时元件按照电动机的最高转速来选择，设最高转速是８３ｒ／ｓ。根据ＭＣ３３０３９的技术手册，取定时元件参数Ｒ＝１ＭΩ、Ｃ＝７５０ｐＦ，单稳态电路产生脉冲宽度为９５０ｎｓ。第８引脚接入ＭＣ３３０３５的基准电压。第５引脚的输出经１００ｋ电阻与ＭＣ３３０３５的１２脚（误差放大器反相输入端）连接。此时放大器增益为１０倍，０．１ｕＦ的电容起滤波平滑作用。ＭＣ３３０３５的振荡器参数：电阻为５．１ｋΩ，电容为０．０１ｕＦ，ＰＷＭ频率约为２４ｋＨｚ。本控制器采用无感电阻（Ｏ．Ｏ５Ω／１Ｗ）作为电流检测用，并经１００Ω和３３Ω电阻分压后再连接到ＭＣ３３０３５的第９引脚。ＭＣ３３０３５的第３引脚接一开关，开关断开、闭合能控制电机正转、反转。ＭＣ３３０３５的第８、１１引脚之间接一电位器，可实现调速。当ＭＣ３３０３５的第１１引脚接地时，电机转速为Ｏ，可实现刹车制动。在单片机给出起动信号的规定时间内，若Ｐ０．１－Ｐ０．３口没有检测到电平变化，则认为电机没有正常的起动，进入启动死区。随即撤销起动信号，并将Ｐ０．７口置高电平，这图２ＭＣ３３０３９的引脚图表１三相六步换相真值表图３７４ＬＳ２４１和７４ＬＳ７７的管脚功能图［４］［５］３控制器设计方案４控制器的设计４．１控制器电路４．２防启动死区１１

28中国西部科技２００９年９月（下旬）第０８卷第２７期第１８８期总

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29开发应用时７４ＬＳ２４１第１组输出口为高阻，第２组缓冲器（１１、１３、１５输入，５、７、９输出）有效。随后单片机读取电动机的霍尔传感器输出状态（即功率管导通状态），并查表找出即将导通的下一组功率管（电动机正反转的霍尔传感器输出顺序表预先已贮存于单片机存储器），由ＰＯ．４－Ｐ０．７口输出，经７４ＬＳ２４１，７４ＬＳ７７缓冲后，进入ＭＣ３３０３５，随后重新给出起动信号，电机转动一个固定的角度，退出死区，恢复正常。整个过程在１００ｍｓ内完成，控制流程见图５。使用ＭＣ３３０３５与ＭＣ３３０３９芯片的直流无刷电机闭环控制系统具有电路简单，可靠性高，稳定性好，成本低，抗干扰强等优点，适用于小功率的无刷电机的控制。ＭＣ３３０３５不但能很好地控制三相六步无刷直流电机，外围电路稍加改动后，还能很好地控制四相四步电机和有刷直流电机。ＭＣ３３０３５的ＰＷＭ调制方式为调节占空比，使得难以改善输出电流的波形，减小输出转矩的脉动。图５控制流程参考文献：５结论［１］张琛．直流无刷电机原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９６：４０～５０．［２］刘伟，王长松，周晓敏等．无位置传感嚣无刷直流电机转子位置检测的研究［Ｊ］．轻工机械，２００７，２６（３）：１０８～１１０．［３］安生美半导体．［４］安生美半导体．［５］中国电子网．７４ＬＳ＊［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．２１ｉｃ．ｃｏｍ．ＭＣ３３０３５［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｎｓｅｍｉ．ｃｎ／ＭＣ３３０３９［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｎｓｅｍｉ．ｃｎ／ＰｏｗｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓ／ｐｒｏｄｕｃｔ．ｄｏ？ｉｄ＝ＭＣ３３０３９．ＰｏｗｅｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓ／ｐｒｏｄｕｃｔ．ｄｏ？ｉｄ＝ＭＣ３３０３５．水稳定性等综合路用性能，延长道路的使用寿命，提高服务水平，是目前国内应用较多的一种方法。但由于该种方法成本较高，在二级及以下公路上使用推广存在一定难度。旧沥青路面铣刨。半刚性基层裂缝，是由于半刚性基层内部应力和外部应力共同或单独作用形成的。在大修工程中，老路面与半刚性基层之间的摩阻力，与半刚性基层内部应力和外部荷载之间，形成相互的反向抗力。未铣刨的老沥青路面由于表面光滑平整，摩擦系数小，与半刚性基层之间形成的摩阻力就小，难与内部应力和外部荷载抗衡，容易产生横向裂缝和纵向裂缝。铣刨后的旧沥青路面，粗糙度大大增加，旧路面与半刚性基层之间的摩阻力明显增强，有效地削减了内部应力和外部荷载的作用，阻止横向裂缝和纵向裂缝的产生。特别是半副施工路面，对中缝纵向裂缝的防治更加明显。为进一步增大结构层与老路面的摩擦系数，铣刨时应将铣刨刀头间隔性地取掉，人为增大老路面的粗糙度，提高施工效果。该项施工技术在省道１０１施工中取得了显著成绩。（１）上述几种裂缝防治方法，应根据道路等级、交通流量和经济状况综合考虑使用，切实达到减少裂缝，提高社会效益的目的。（２）随着国民经济的发展和科技的进步，应进一步加强沥青结构层的设计和改性沥青的使用，虽前期成本有所加大，但可大大减少反射裂缝的产生，长期效益较好。（３）本文所述为事前控制方法，但在工程竣工后，沥青面层难免会出现反射裂缝，应及时做好灌缝处治，延长道路使用寿命。（４）旧沥青路面铣刨对裂缝的防治，由于施工路段较短，还有待于在今后的工程中进一步检验。铣刨前的路面铣刨后的路面参考文献：３结束语［１］沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面．人民交通出版社，１９９８．［２］章学祥．半刚性基层收缩裂缝的成因与防治．人民长江杂志社，２００８．［３］李如敏．半刚性基层沥青路面裂缝成因分析与处治对策．现代交通技术，２００７．［４］李强，崔艳晓．半刚性基层的沥青路面反射裂缝分析与防治．河南科技，２００７．［５］窦远明，张振．大粒径沥青碎石基层沥青路面力学分析．河北工业大学报，２００７．（上接第２２页）