一 控制電路

控制電路HJ4312A是專為三相無刷電機(jī)設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制器，采用全硬件厚膜集成架構(gòu)，內(nèi)部高度集成三相霍爾解碼器、速度反饋環(huán)、雙單穩(wěn)多諧振蕩器、PWM控制器、電流門限比較器、精密電壓基準(zhǔn)等核心模塊，無需外接復(fù)雜控制電路，可從硬件層面實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

其控制原理簡潔且精準(zhǔn)：將三相無刷電機(jī)的霍爾信號經(jīng)3倍頻后，以定脈寬形式輸入PWM控制器的誤差放大器，完成轉(zhuǎn)速閉環(huán)反饋；采集的過流信號經(jīng)電流門限比較器輸出后，同樣以定脈寬形式輸入PWM控制器，實(shí)現(xiàn)PWM信號的逐周期關(guān)斷。配合內(nèi)置誤差放大器，通過調(diào)節(jié)其外部PID拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)，依據(jù)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與扭矩變化范圍精準(zhǔn)給定轉(zhuǎn)速電壓，即可適配不同工況下的控制要求。

典型應(yīng)用圖如下所示：

圖1 HJ4312A+HJG4306典型應(yīng)用

二 核心電參數(shù)

三 邏輯時(shí)序表

四 應(yīng)用注意事項(xiàng)

4.1轉(zhuǎn)速反饋信號固定脈寬設(shè)置

若目標(biāo)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000RPM，且所用電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體為一對磁極，則電機(jī)每完成一周機(jī)械旋轉(zhuǎn)，每個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器便會傳遞一個(gè)脈沖周期，三個(gè)傳感器將生成三個(gè)獨(dú)立的脈沖周期；同時(shí)，HJ4312A轉(zhuǎn)速反饋信號端T-OUT會產(chǎn)生一個(gè)脈沖周期數(shù)為3的脈沖信號，每個(gè)脈沖分別對應(yīng)傳感器脈沖的上升沿與下降沿。當(dāng)電機(jī)每秒轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋信號每秒將產(chǎn)生150個(gè)脈沖，即頻率為150赫茲。由此可知，轉(zhuǎn)速反饋信號的脈沖周期為6.66ms，其脈沖寬度可設(shè)定為反饋信號脈沖周期的70%~80%，具體計(jì)算公式如下：

τ=0.5×Rx×Cx

τ：輸出脈沖寬度（s）；

0.5：為單穩(wěn)態(tài)震蕩電路的時(shí)間常數(shù)；

Rx：為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設(shè)定電阻（Ω）；

Cx：為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設(shè)定電容（F）。

4.2轉(zhuǎn)速模擬給定及PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

圖2轉(zhuǎn)速給定及PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

由電阻R17與電容C15構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)，對Tout端輸出的固定脈寬轉(zhuǎn)速反饋信號進(jìn)行深度濾波后，輸出類直流信號。

電阻R18、R19、R20與電容C12、C13、C14共同組成PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)該網(wǎng)絡(luò)，可在速度給定電壓Tach保持不變的條件下，使電機(jī)無論是空載還是帶載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速均維持在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近。其核心目的在于保持內(nèi)部誤差放大器EA的EAO輸出電壓穩(wěn)定，唯有如此，后級PWM信號的占空比才能保持恒定。需要注意的是，EAO輸出電壓對PWM信號占空比的有效控制范圍為0.6~3.6V，超出此范圍將無法實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的有效控制。

4.3電流整流

采樣電阻Rsense的取值需結(jié)合電機(jī)特性、+Vs電壓及比較器門限電壓共同確定，HJ4312內(nèi)部預(yù)設(shè)的比較器門限電壓為0.5V。當(dāng)采樣電壓超過0.5V的閾值時(shí)，電流比較器將發(fā)生反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部會逐周期關(guān)閉PWM信號，使驅(qū)動電路輸出的上臂橋關(guān)斷以降低系統(tǒng)電流，電流會衰減一個(gè)固定周期，時(shí)長約為30微秒。

4.4系統(tǒng)供電

該方案通過同步降壓DC/DC變換器芯片，將功率側(cè)的電源+Vs降壓后輸出Vcc，為控制部分供電。選用的同步降壓DC/DC變換器芯片為HJ33401，其輸入電壓最高可達(dá)40V，輸出電流最大為600mA，下圖中輸出的VCC電壓為+12V。若選用該同步降壓DC/DC變換器芯片，為提升轉(zhuǎn)換效率，PCB布局請參考HJ33401同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用手冊。

圖3 控制系統(tǒng)供電電路

五典型應(yīng)用評估板

圖4 應(yīng)用評估板

六擴(kuò)展應(yīng)用注意事項(xiàng)

6.1驅(qū)動電路電平兼容問題

HJ4312A控制器的六路輸出預(yù)驅(qū)信號幅度為0~VCC，且為低電平有效。若后級驅(qū)動器的輸入信號電平與前級控制器輸出的預(yù)驅(qū)信號無法直接匹配，需進(jìn)一步對預(yù)驅(qū)信號進(jìn)行相位或電平轉(zhuǎn)換處理。如需對預(yù)驅(qū)信號進(jìn)行相位處理，可搭配使用帶施密特功能的反相器HJ40106進(jìn)行反相，以解決有效電平的兼容問題；關(guān)于電平轉(zhuǎn)換則可以使用光耦來完成，不建議使用HJ4312A控制器的5V基準(zhǔn)Vref來供電，因其輸出電流能力最大10mA，故光耦的接收端電源建議使用線性穩(wěn)壓器來供電以確保整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。

6.2信號隔離設(shè)計(jì)

如需搭配MCU進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可以通過光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，防止控制電路側(cè)的故障電壓或電流串入上位機(jī)，避免MCU等核心器件受損，從而提升整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性與抗干擾能力。

圖5控制系統(tǒng)隔離電路