ST72141是ST7微控制器家族產(chǎn)品中的一員。它包括A/D轉(zhuǎn)換和SPI接口，有專(zhuān)門(mén)用于無(wú)刷直流電機(jī)控制的片內(nèi)外設(shè)，可選擇帶傳感器模式和不帶傳感器模式。

　　ST7片內(nèi)的電機(jī)控制電路可看成是一個(gè)脈寬調(diào)制多路復(fù)用器。它有6路輸出和1個(gè)用在無(wú)刷直流電機(jī)不帶傳感器控制時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)零點(diǎn)檢測(cè)電路。

ST72141的電機(jī)控制外設(shè)有4個(gè)主要的部分：

◇ 去磁結(jié)束和反電動(dòng)勢(shì)零點(diǎn)的檢測(cè)電路；

◇ 延遲管理電路；

◇ PWM管理電路（需要PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)）；

◇ 通道管理電路。

ST72141在無(wú)刷直流電機(jī)中的典型應(yīng)用如圖1所示。

晶體管。

　　T2、T4、T6是電機(jī)A、B和C繞組相的下端晶體管。

　　在步長(zhǎng)1時(shí)，相A為正向偏壓，所以這個(gè)繞組中的電流是正向的；相B為反向偏壓，所以這相繞組中的電流是負(fù)向的。這時(shí)C相繞組沒(méi)有施加電源。

　　無(wú)刷模式下，使用ST72141控制電機(jī)，可以讀取這個(gè)沒(méi)有施加電源的相繞組反電動(dòng)勢(shì)（這里以繞組相C為開(kāi)始的步長(zhǎng)1）。通過(guò)讀取這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，可以確定轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。

二極管，A點(diǎn)為地。假設(shè)A相繞組的反電動(dòng)勢(shì)為Ea，B相繞組的反電動(dòng)勢(shì)為Eb，C相繞組的反電動(dòng)勢(shì)為Ec。當(dāng)Ec過(guò)零點(diǎn)時(shí)，有Ea=-Eb，這樣N處為零電勢(shì)。這就意味著可以不需要虛擬地就可以獲得需要的反電動(dòng)勢(shì)的信息。反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)事件通過(guò)輸出比較器獲得，無(wú)傳感器模式時(shí)，一定頻率的PWM信號(hào)加在T1上。C的電壓被鉗位二極管鉗位在＋5V/0.6V（而需要關(guān)注的是過(guò)零點(diǎn)）。這里的分析同樣適應(yīng)于電機(jī)繞組為三角型連接。

　　比較器的一個(gè)輸入是C相繞組的電壓信號(hào)，另一個(gè)輸入是一個(gè)門(mén)檻電壓（通過(guò)軟件可選擇0.2、0.6、1.2和2.5V）。ST72141等待C相繞組的反電動(dòng)勢(shì)到達(dá)選擇的閾值電壓。PWM信號(hào)施加在T1上，當(dāng)T1關(guān)閉時(shí)，C相繞組的電壓為地。因此，ST72141只需要讀取反電動(dòng)勢(shì)就可以檢測(cè)到到達(dá)這個(gè)閾值的時(shí)間點(diǎn)。

　　檢測(cè)去磁結(jié)束事件的方法和過(guò)零點(diǎn)事件相同，并使用相同的外設(shè)。電機(jī)控制按照固定的順序處理這三個(gè)事件，Z事件后經(jīng)過(guò)一段延遲，產(chǎn)生一個(gè)C事件，然后等待一個(gè)D事件。

圖6 去磁結(jié)束事件

　　在換向之后，開(kāi)始相繞組加速去磁。為了避免過(guò)早地檢測(cè)去磁結(jié)束事件，換向之后有20μs的濾波時(shí)間，如圖6所示。為了避免檢測(cè)去磁結(jié)束事件太晚，去磁結(jié)束的檢測(cè)使用相同的比較器，但是取樣頻率是800kHz。

　　無(wú)傳感器模式下，比較器的輸出取樣頻率在過(guò)零點(diǎn)事件時(shí)是PWM信號(hào)，在去磁結(jié)束事件檢測(cè)時(shí)是800kHz。

4 電機(jī)的啟動(dòng)和控制舉例

　　這里以2個(gè)極對(duì)數(shù)的電機(jī)的啟動(dòng)為例。電機(jī)啟動(dòng)后目標(biāo)速度是1400r/min。啟動(dòng)電機(jī)之前，必須預(yù)先固定位置。剛啟動(dòng)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)太弱，不能讀取。讀取反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)前的過(guò)程中，電流必須提供>(負(fù)載力矩＋摩擦力矩＋電機(jī)的慣性負(fù)載的力矩)。故啟動(dòng)時(shí)，ST72141定時(shí)器A的PWM占空比在啟動(dòng)過(guò)程中必須高于一般運(yùn)行下需要的值。

　　一定步長(zhǎng)后，為了檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)事件，需要一個(gè)特別的方法啟動(dòng)電機(jī)，稱(chēng)為同步（強(qiáng)制換向）模式，或者稱(chēng)為電機(jī)根據(jù)加速表加速的過(guò)程。

圖7 啟動(dòng)過(guò)程

　　一定的步長(zhǎng)之后，施加連續(xù)逐漸增加的步長(zhǎng)時(shí)間和電流給電機(jī)，使電機(jī)加速，并可檢測(cè)到一個(gè)過(guò)零點(diǎn)事件。電機(jī)加速過(guò)程中檢測(cè)指定數(shù)量連續(xù)的Z事件之后，開(kāi)始調(diào)整，使得電機(jī)高效率運(yùn)行，即電機(jī)進(jìn)入自動(dòng)換向模式。如果在加速表取完后，電機(jī)還不能進(jìn)入自動(dòng)換向模式下，電機(jī)將停止。圖7所示為閉環(huán)模式下電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。

　　開(kāi)環(huán)模式下的啟動(dòng)過(guò)程也一樣，只是電流或者電壓在電機(jī)進(jìn)入自動(dòng)換向模式之后可以由用戶(hù)改變。閉環(huán)模式下，電流或者電壓的限值由用戶(hù)強(qiáng)制施加且固定，直到電機(jī)進(jìn)入速度調(diào)整。進(jìn)入速度調(diào)整后，電流不再由用戶(hù)控制（ST72141自動(dòng)調(diào)整）。閉環(huán)控制模式下，不論是哪種控制模式（電流或者電壓），速度調(diào)整回路啟動(dòng)。電機(jī)在單片機(jī)的控制下，固定運(yùn)行在速度表決定的速度上。