直流无刷电机控制方案及磁编码器的应用-MPS-2015-11-18汇编资料

1、Monolithic Power SystemsMPS Confidential Dont Distribute直流无刷电机控制(kngzh)方案及磁编码器的应用_秦鸿强/陆桢 2015.11.17共三十六页单相直流无刷电机控制技术及方案三相直流无刷电机控制技术及方案步进电机控制技术及方案永磁同步电机矢量控制技术及方案MPS转子角度位置传感器特点及应用基于MPS永磁同步电机方案的机器人抛球装置(zhungzh)介绍内容简介共三十六页单相(dn xin)直流无刷电机控制技术及方案单相(dn xin)直流无刷电机原理需要检测转子磁场位置根据位置信息决定通电顺序，以产生持续旋转的磁场调节H桥占空比从

2、而控制绕组电流大小a=0-1a=0a=1a=1-0共三十六页单相(dn xin)直流应用实例：（MP9518为例） 外围器件少 单层PCB设计(shj)容易PCB 控制/H桥/霍尔集成Rotor MagnetPCBPCBStraight Lead TSOT23-6单相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页单相直流应用(yngyng)实例：（MP9518为例） 3V to 18V 输入(shr)，21V过压保护 输入防插反 内部集成霍尔检测(min. 3mT) 输出FG/RD可选择 软换相抑制电流过冲和噪声 BEMF和电流自动锁相提高效率单相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页单相(dn xin)

3、直流无刷电机控制技术实例：（MP9518）Tcase_rise=10CVIN=12V, IIN=0.31ARoom. Temp,单相(dn xin)直流无刷电机控制技术及方案共三十六页单相(dn xin)直流无刷电机控制技术实例：（MP9518） 软换相抑制电流过冲和噪声(zoshng) BEMF和电流自动锁相提高效率 检测输入PWM占空比 查表获取输出PWM占空比 查表可任意数字编程单相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页三相直流无刷电机原理(yunl)（三相两两导通六状态）根据三相霍尔德位置决定导通相，以产生旋转的定子(dngz)磁场每60o有两相导通，另外一相悬空每相电流导通240o三相

4、直流无刷电机控制技术及方案共三十六页三相直流无刷电机控制(kngzh)实例：（MP6530） 三相(sn xin)驱动可独立控制 5V-60V输入 外部MOSFET，功率应用灵活输出驱动可100%占空比工作 死区可调三相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页三相(sn xin)直流无刷电机控制实例：（MP6532） 三相驱动可独立(dl)控制 支持三相霍尔+PWM接口输入 5V-60V输入 外部MOSFET，功率应用灵活输出驱动可100%占空比工作 死区可调三相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页三相(sn xin)直流无刷电机控制实例：（MP6540/1） 实时(sh sh)输出三相电流检测

5、三相桥臂可灵活单独控制 全集成驱动和三相桥 QFN5x5mm MP6540: 60V/5A/30m MP6541: 35V/8A/13m 三相直流无刷电机控制技术及方案共三十六页步进电机(dinj)分类：反应式步进电机：利用磁阻转矩，结构(jigu)简单无定位转矩步距角小永磁式步进电机：利用电磁转矩，效率高有定位转矩步距角度不宜做小混合式步进电机：步距角可以很小有定位转矩结构复杂步进电机控制技术及方案共三十六页无刷直流电机分类(fn li)及其不同控制技术步进电机(dinj)控制原理：电脉冲信号与角度位移成正比两相邻相磁极轴线与转子齿数的关系： Zr为转子齿数，p为极对数，为m相数，K为正整数

6、。A相对齐时（3相步进电机为例）共三十六页无刷直流电机分类(fn li)及其不同控制技术步进电机控制(kngzh)原理：电周期的通电拍数与步距角的关系（N拍转一个齿距）：N为一个电周期通电拍数；M为相数；C=1（单拍或者双拍方式），C=2（单双拍方式）单拍工作方式：每拍只有一相绕组通电；双拍工作方式：每拍同时有两相绕组通电；单双拍工作方式：每拍单拍、双拍交替进行；共三十六页无刷直流电机分类(fn li)及其不同控制技术步进电机控制(kngzh)实例（MP6501A）：STEP: 步进命令DIR: 方向控制开关频率设置MS2MS1模式 拍数LLFull4LHHalf8HLQuarter16HHE

7、ight32绕组最大电流设定共三十六页无刷直流电机分类(fn li)及其不同控制技术步进电机(dinj)控制实例（MP6501A）：例：32拍（Eight Step）共三十六页永磁同步电机矢量(shling)控制技术及方案三相(sn xin)永磁同步电机原理及应用各相磁场及BEMF为正弦波利用3/2旋转变化，把三相交流变量(A/B/C)转化为旋转的2相直流量(d/q)用相邻基本矢量+零矢量利用面积等效原理所需矢量共三十六页矢量(shling)控制技术在永磁同步电机中的应用转子磁场(cchng)定向矢量控制技术（MPS方案）： MP6540: 60V/5A/30m MP6541: 35V/8A/

8、13m 集成高精度位置传感器 I2C/SPI数字通讯接口 FOC控制算法 位置/速度/转矩模式 非易失储存器存储参数共三十六页转子磁场定向(dn xin)矢量控制技术（MPS方案）：置霍尔检测(jin c)速度：20到60000RPM位置：0.2o 分辨率, 232圈永磁同步电机矢量控制技术及方案共三十六页 Brake un-controlled and slow! More energy lost on diode, winding resistance! Brake controlled and fast! Normal Brake Fast Brake More energy recyc

9、le!Controlled by MP6570永磁同步电机矢量(shling)控制技术及方案共三十六页转子磁场定向(dn xin)矢量控制技术（打印机方案）：MP6540/1 3-phase bridgeQFN5x5mmMPS ControllerQFN4x4mm3.3V LDO (optional)(VIN/3.3V/GND/EN/DIR/CLKIN/BRAKE/FG/FT/SPI/I2C)From System Controller永磁同步电机矢量(shling)控制技术及方案共三十六页转子(zhun z)角度位置传感器磁角度(jiod)传感器：共三十六页磁角度(jiod)传感器供应商比较

10、 feasible with the same devicevs.Monolithic Power Systems共三十六页转子(zhun z)与传感器的摆放方式end-of-shaftside-shaftSensor on-axis of magnetSensor off axis of magnet共三十六页常见(chn jin)的磁角度传感器方案What is common in all competitors sensors?Based on two component (X,Y) measurementConvert hall voltage signal into digital

11、domainAngle computed with complex arctan algorithm共三十六页MPS Special Technique:energy efficientextremely fastsmall die & packagerobust & reliableTime countingswitchaMPS的独特(dt)磁角度传感器MPS MagAlpha Spinaxis means true instantaneous sensing (TIS) simple & robust setup low power consumption small sensor com

12、ponents共三十六页iVV BBB=How does Spinaxis work?MPS的独特(dt)磁角度传感器共三十六页How does Spinaxis work?MPS的独特(dt)磁角度传感器共三十六页Filtered output:aaHow does Spinaxis work?MPS的独特(dt)磁角度传感器共三十六页COMPREFaHow does Spinaxis work?MPS的独特(dt)磁角度传感器共三十六页How does Spinaxis work?HALLPWM (SR)COMPREFCOMPREFaMPS的独特(dt)磁角度传感器共三十六页MPS方案(f

13、ng n)优势数据对比companyproductINLresolution (3sigma)response timeapplied fieldpower up timepackage sizesupply currentsupply voltageoperating temperatureside-shaft mountABZUVWimmun. ext fieldBminBmaxlarglengthminmaxminmaxdegbitusmTmTusmmmmmAVVCCAS50450.912964575200007.886.21635.5-40125nononoyesAS50481.214

14、1003070100006.451535.5-40150nononoyesAS513428.52220805007.87.2224.55.5-40125noyesyesyesAS50551.412100003080400448.533.6-4085nononoyesAK7405112200003070250007.57.4154.55.5-40150yes12 bitsnonoAEAT-66000.41244290120100006.451735.5-40125noyesyesnoIC-MH0.51250251253005584.55.5-40125no12 bitsyesyesIC-MH80

15、.351250251253005584.55.5-40125no12 bitsyesyesTLE5012 (fast mode)192130505005.84.81435.5-40150noyesyesnoMLX90316 (fast mode)1122002070150005.84.8164.55.5-40150yesnononoHAL36250.7910002010070005.84.8104.55.5-40170yesnononoAM40960.21230.7505015001082635.5-40125noyesyesyesAM81920.2132204040100001212394.

16、755.25-40125noyesnoyesA1332210.16830100400006.45204.55.5-40125yesnononoA13341.759.260301003006.45104.514.5-40150nonononoMA 3001.5123201502533733.6-40125yes10 bitsyesnoside-shaft mounting possiblehigh sampling frequency 500 kHzultra-short latency3 sshort power-up time25 ssmall components3x3 mm2 QFNmo

17、derate power consumption7 mAMonolithic Power Systems共三十六页MPS Solution in the MarkethallencoderProduct ApplicationAbsoluteIncrementalzero settingside shaft linearizationlow power optimizationSPIPWM motor commutation8 bit10 bit8 bit16 bitMA100 Motor commutationMA120 Motor commutationMA200 Motor commut

18、ation & speed controlMA300 Motor commutation & position controlMA700 High performance encoderMA720 Low power encoderMA750 Contactless potentiometerUpcoming featuresMotor commutation: multiple pole pair rotor with simple target magnet MA100, MA120, MA200, MA300Alarm:High /Low field alarm: all productsIncremental: reduced wiring Mode, configurable index, differential out