无刷直流电机控制器MC33035的原理及应用

1、无刷直流电机控制器MC33035的原理及应用    摘要：MC33035是美国安森美公司开发的高性能第二代单元无刷直流电机控制器，它包含开环三相或四相电机控制所需的全部有效功能。该器件由具有良好整流序列的转子位置译码器、可提供传感器功率的温度补偿参考、频率可编程的锯齿波振荡器、完全可访问的误差放大器以及三个非常适用于驱动大功率MOSFET的大电流推挽底部驱动器组成，因而是一种功能齐全的电机控制器。文中介绍了MC33035的特点功能和工作原理，给出了由它组成的三相六步全波电机控制和H型电机有刷控制等两种电机控制电路。    

2、关键词：无刷 直流电机 控制 MC330351 概述MC33035无刷直流电机控制器采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性。该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平，同时它还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制器比较器、三个集电极开路顶端驱动输出和三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，MC33035还有欠锁定功能，同时带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。其典型的电机控制功能包括开环速度、正向或反向、以及运行使能等。2

3、 管脚排列及功能定义MC33035的管脚排列如图1所示，各引脚功能定义见表1。表1 MC33035的管脚功能定义定管脚编号符    号功能定义1，2，24BT，AT，CT三个集电极开路顶端驱动输出，用于驱动外部上端功率开关晶体管3Fwd/Rev正向/反向输入，用于改变电机转向4，5，6SA,SB,SC三个传感器输入，用于控制整流序列7Ooutput Enable输出使能，高电平有效。该脚为高电平时，可使电机转动8Reference Output此输出为振荡器定时电容CT提供充电电流，并为误差放大器提供参考电压，也可以向传感器提供电源9Current Sense N

4、oninverting Input电流检测同向输入。在一个给定的振荡器周期中，一个相对于管脚15为100mV的信号可中止输出开关导通。通常此管脚连接到电流检测的上端10Oscillator振荡器引脚，振荡频率由定时元件RT和CT所选择的参数值决定11Error Amp Noninverting Input误差信号放大器同向输入。通常连接到速度设置电位器上12Error Amp Noninverting Input误差信号放大器反向输入。在开环应用情况下，此输入通常连接到误差放大器输出端13Error Amp Out/PWM Input误差放大器输出/PWM输入。在闭环应用情况下，此管脚用作补偿

5、14Fault Output故障输出端。当下列的任一或多个条件满足时，集电极开路输出端被触发而变为低；无效的传感器输入码，电流检测超过100mV，低电压锁定或热关断15Current Sense Inverting Input电流检测反向输入端。用于给内部100mV门限电压提供参考地，该管脚通常连接到电流检测电阻的底端16Gnd该管脚用于为控制电路提供一个分离的接地点，并可以作为参考返回到电源地17Vcc正电源。Vcc在10V30V的范围内，控制器均可正常工作18Vc底部驱动输出的高端电压是由该管脚提供的，它的工作范围从10V30V19，20，21CB,BB,AB这三个图腾柱式底部驱动输出被设

6、计用于直接驱动外部底部功率开关晶体管2260°/120°Select此管脚的电气状态可决定控制电路是工作在60°（高电平状态）还是120°（低电平状态）的传感器电气相位输入状态下23Brake输出使能。该管脚为低时允许马达运行，为高时马达运行停止表2 三相六步换向器真值表输      入输    出60度SA  SB  SC120度SA  SB  SC正向/反向 使能 电流检测顶部驱协AT  BT  CT底部驱动AB

7、  BB  CB 1   0   0 1   0   0 1       1       0 0   1   1 0   0   1 1   1   0 1   1

8、60;  0 1       1       0 1   0   1 0   0   1 1   1   1 0   1   0 1       1   

9、60;   0 1   0   1 1   0   0 0   1   1 0   1   1 1       1       0 1   1   0 1   0

10、0;  0 0   0   1 0   0   1 1       1       0 1   1   0 0   1   0 0   0   0 1   0  

11、; 1 1       1       0 0   1   1 0   1   0 1   0   0 1   0   0 0       1     

12、;  0 1   1   0 1   0   0 1   1   0 1   1   0 0       1       0 1   1   0 0   1  

13、 0 1   1   1 0   1   0 0       1       0 0   1   1 0   1   0 0   1   1 0   1   1 

14、;0       1       0 0   1   1 0   0   1 0   0   1 0   0   1 0       1      

15、0 1   0   1 0   0   1 0   0   0 1   0   1 0       1       0 1   0   1 1   0   0 

16、1   0   1 1   1   1 X       X       X 1   1   1 0   0   0 0   1   0 0   0   0 X 

17、      X       X 1   1   1 0   0   0 V   V   V V   V   V X       0       X 1

18、   1   1 0   0   0 V   V   V V   V   V X       1       X 1   1   1 0   0   0表中,V表示六个有效传感器或

19、驱动组合中的一个，X表示无关；输入逻辑0定义为小于85mV，逻辑1为于115mV3 工作原理MC33035的内部结构框图如图2所示。图2 MC33035的内部结构框图    MC33035内部的转子位置译码器主要用于监控三个传感器输入，以便系统能够正确提供高端和低端驱动输入的正确时序。传感器输入可直接与集电极开路型霍尔效应开关或者光电耦合器相连接。此外，该电路还内含上拉电阻，其输入与门限典型值为2.2V的TTL电平兼容。用MC33035系列产品控制的三相电机可在最常见的四种传感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120度选择可使MC33035很方便地控制具

20、有60度、120度、240度或300度的传感器相位电机。其三个传感器输入有八种可能的输入编码组合，其中六种是有效的转子位置，另外两种编码组合无效。通过六个有效输入编码可使译码器在使用60度电气相位的窗口内分辨出电机转子的位置。表2所列是其真值表。MC33035直流无刷电机控制器的正向/反向输出可通过翻转定子绕组上的电压来改变电机转向。当输入状态改变时，指定的传感器输入编码将从高电平变为低电平，从而改变整流时序，以使电机改变旋转方向。电机通/断控制可由输出使能来实现，当该管脚开路时，连接到正电源的内置上拉电阻将会启动顶部和底部驱动输出时序。而当该脚接地时，顶端驱动输出将关闭，并将底部驱动强制为低

21、，从而使电动机停转。MC33035中的误差放大器、振荡器、脉冲宽度调制、电流限制电路、片内电压参考、欠压锁定电路、驱动输出电路以及热关断等电路的工作原理及操作方法与其它同类芯片的方法基本类似，这里不多述。图3 三相六步全波电机控制电路4 实际控制电路4.1 三相六步电机控制电路图3所示的三相应用电路是具有全波六步驱动的一个开环电机控制器的电路连接图。其中的功率开关三极管为达林顿PNP型，下部的功率开关三极管为N沟道功率MOSFET。由于每个器件均含有一个寄生箝位二极管，因而可以将定子电感能量返回的电源。其输出能驱动三角型连接或星型连接的定子，如果使用分离电源，也能驱动中线接地的Y型连接。在任意给定的转子位置，图3所示的电路中都仅有一个顶部和底部功率开关（属于不同的图腾柱）有效。因此，通过合理配置可使定子绕组的两端从电源切换到地，并可使电流为双向或全波。由于前沿尖峰通常在电流波形中出现，并会导致限流错误。因此，可通过在电流检测输入处串联一个RC滤波器来抑制类峰。同时,R