直流无刷电机控制方案与磁编码器应用-MPS-2015-11-18

直流无刷电机控制方案与磁编码器应用_MPS_2015_11_18第一页，共35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介绍内容简介第二页，共35页。单相直流无刷电机控制技术及方案单相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桥占空比从而控制绕组电流大小a=0->1a=0a=1a=1->0第三页，共35页。单相直流应用实例：（MP9518为例）

外围器件少

单层PCB设计容易PCB

控制/H桥/霍尔集成RotorMagnetPCBPCBStraightLeadTSOT23-6单相直流无刷电机控制技术及方案第四页，共35页。单相直流应用实例：（MP9518为例）3Vto18V输入，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第五页，共35页。单相直流无刷电机控制技术实例：（MP9518）Tcase_rise=10ºC@VIN=12V,IIN=0.31ARoom.Temp,单相直流无刷电机控制技术及方案第六页，共35页。单相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第七页，共35页。三相直流无刷电机原理（三相两两导通六状态）根据三相霍尔德位置决定导通相，以产生旋转的定子磁场每60o有两相导通，另外一相悬空每相电流导通240o三相直流无刷电机控制技术及方案第八页，共35页。三相直流无刷电机控制实例：（MP6530）

三相驱动可独立控制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第九页，共35页。三相直流无刷电机控制实例：（MP6532）

三相驱动可独立控制

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第十页，共35页。三相直流无刷电机控制实例：（MP6540/1）

实时输出三相电流检测

三相桥臂可灵活单独控制

全集成驱动和三相桥QFN5x5mmMP6540:60V/5A/30mΩ

MP6541:35V/8A/13mΩ三相直流无刷电机控制技术及方案第十一页，共35页。步进电机分类：反应式步进电机：利用磁阻转矩，结构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第十二页，共35页。无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制原理：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。A相对齐时（3相步进电机为例）第十三页，共35页。无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制原理：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；第十四页，共35页。无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制实例（MP6501A）：STEP:步进命令DIR:方向控制开关频率设置MS2MS1模式

拍数LLFull4LHHalf8HLQuarter16HHEight32绕组最大电流设定第十五页，共35页。无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制实例（MP6501A）：例：32拍（EightStep）第十六页，共35页。永磁同步电机矢量控制技术及方案三相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第十七页，共35页。矢量控制技术在永磁同步电机中的应用转子磁场定向矢量控制技术（MPS方案）：MP6540:60V/5A/30mΩ

MP6541:35V/8A/13mΩ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第十八页，共35页。转子磁场定向矢量控制技术（MPS方案）：置霍尔检测速度：20到60000RPM位置：0.2o

分辨率,2^32圈永磁同步电机矢量控制技术及方案第十九页，共35页。Brakeun-controlledandslow!Moreenergylostondiode,windingresistance!Brakecontrolledandfast!NormalBrakeFastBrakeMoreenergyrecycle!ControlledbyMP6570永磁同步电机矢量控制技术及方案第二十页，共35页。转子磁场定向矢量控制技术（打印机方案）：MP6540/13-phasebridgeQFN5x5mmMPSControllerQFN4x4mm3.3VLDO(optional)(VIN/3.3V/GND/EN/DIR/CLKIN/BRAKE/FG/FT/SPI/I2C)FromSystemController永磁同步电机矢量控制技术及方案第二十一页，共35页。转子角度位置传感器磁角度传感器：第二十二页，共35页。磁角度传感器供应商比较…feasiblewiththesamedevicevs.MonolithicPowerSystems®第二十三页，共35页。转子与传感器的摆放方式end-of-shaftside-shaftSensoron-axisofmagnetSensoroff–axisofmagnet第二十四页，共35页。常见的磁角度传感器方案Whatiscommoninallcompetitors’sensors?Basedontwocomponent(X,Y)measurementConverthallvoltagesignalintodigitaldomainAnglecomputedwithcomplexarctanalgorithm第二十五页，共35页。MPSSpecialTechnique:energyefficientextremelyfastsmalldie&packagerobust&reliableTimecountingswitchaMPS的独特磁角度传感器MPSMagAlphaSpinaxis®means…trueinstantaneoussensing(TIS)…simple&robustsetup…lowpowerconsumption…smallsensorcomponents第二十六页，共35页。iVVBBB=HowdoesSpinaxiswork?MPS的独特磁角度传感器第二十七页，共35页。HowdoesSpinaxiswork?MPS的独特磁角度传感器第二十八页，共35页。Filteredoutput:aaHowdoesSpinaxiswork?MPS的独特磁角度传感器第二十九页，共35页。COMPREFaHowdoesSpinaxiswork?MPS的独特磁角度传感器第三十页，共35页。HowdoesSpinaxiswork?HALLPWM(SR)COMPREFCOMPREFaMPS的独特磁角度传感器第三十一页，共35页。MPS方案优势数据对比companyproductINLresolution(3sigma)responsetimeappliedfieldpoweruptimepackagesizesupplycurrentsupplyvoltageoperatingtemperatureside-shaftmountABZUVWimmun.extfield

BminBmax

larglength

minmaxminmax

degbitusmTmTusmmmmmAVV°C°C

AS50450.912964575200007.886.21635.5-40125nononoyesAS50481.2141003070100006.451535.5-40150nononoyesAS513428.52220805007.87.2224.55.5-40125noyesyesyesAS50551.412100003080400448.533.6-4085nononoyes

AK7405112200003070250007.57.4154.55.5-40150yes12bitsnono

AEAT-66000.41244290120100006.451735.5-40125noyesyesno

IC-MH0.51250251253005584.55.5-40125no12bitsyesyes

IC-MH80.351250251253005584.55.5-40125no12bitsyesyes

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AM40960.21230.7505015001082635.5-40125noyesyesyesAM81920.2132204040100001212394.755.25-40125noyesnoyesA1332210.16830100400006.45204.55.5-40125yesnononoA13341.759.260301003006.45104.514.5-40150nononono

MA3001.5123201502533733.6-40125yes10bitsyesnoside-shaftmountingpossiblehighsamplingfrequency 500kHzultra-shortlatency 3µsshortpower-uptime 25µssmallcomponents 3x3mm2QFNmoderatepowerconsumption 7mAMonolithicPowerSystems®第三十二页，共35页。MPSSolutionintheMarkethallencoderProductApplicationAbsoluteIncrementalzerosettingsideshaftlinearizationlowpoweroptimizationSPIPWMmotorcommutation8bit10bit8bit16bitMA100MotorcommutationMA120MotorcommutationMA200Motorcommutation&speed