采用UGN3175型锁存型霍尔集成电路实现无刷力矩电机驱动电路的设计

1、 引言

某特殊用途无刷力矩电机的转子位置传感器原为光电传感器，因为用途改变，其转子位置传感器、安装方式和驱动电路等均需另行设计，原电机的可用部分只有定子和转子，用其作为电机并不完整，无安装外壳和转子支撑轴，而且也无内嵌于电机中的转子位置传感器，要使其正常运转，需要设计安装外壳、转子支撑轴，转子位置传感器和相应的驱动电路。

2、 无刷力矩电机驱动电路

2.1 UGN3175型转子位置传感器及其放置方法

锁存型霍尔集成电路（磁敏式位置传感器）是一种开关型电路，其动作值BOP和返回值BRP相对S极和N极是对称动作的，如图1（c）所示。UGN3175锁存型霍尔集成电路是一种对称双极性开关，其外形、内部电路及输出特性如图1所示，它的动作区在S极，返回区在N极。在S极的某一磁感应强度（≥BOP）下，UGN3175的输出是导通状态（ON高电平），当S极逐渐离开该IC、磁感应强度为零时，UGN3175的输出仍然保持导通状态。只有磁场转变为N极并达到BRP值时，UGN3175输出才翻转为截止状态（OFF低电平），这种电路在S-N-S-N交替变化磁场下的输出波形占空比接近50%，适合于有多极环形永磁转子的无刷直流电动机位置检测。

因定子已经成形，霍尔集成电路不能内嵌于对应绕组的定子槽中，实际使用中对应三相绕组应合理放置3个霍尔集成电路，如图2所示。该型无刷力矩电机定子分为36槽，每槽对应弧度为10°，定子为12极，每极极面对应槽数为3，电机技术条件中规定A、B、C三相引出线及星形接线的中心点引出线绑扎后于第36槽与1号槽（1号槽对应为A相绕组）之间引出，以此线束结点为定位基准，霍尔集成电路以顺时针70°夹角放置可分别对应B、A、C三相绕组，这样可避免因尺寸所限不能安装于同一极面下。转子为永磁体，镶嵌在非导磁材料中，侧面磁场极弱，不能触发霍尔集成电路动作，所以应使UGN3175标志面（标志面感应S极时输出高电平）正对定子和转子之间的气隙漏磁通。由运转中的转子上的永磁体磁场触发霍尔集成电路动作（Vout引脚的高低电平变化）产生位置信号。

2.2 MSK4364的功能

MSK4364是M.S.Kennedy公司生产的三相无刷电机MOSFET桥驱动电路，允许电机控制电压为55V，输出电流为5A。内部具有霍尔传感器信号处理电路、三相MOSFET桥PWM输出电路及闭环力矩控制电路等，原理框图如图3所示。

MSK4364的1引脚和2引脚之间可接入阻容网络电路以实现闭环力矩控制。刹车控制时制动使能脚6置为高电平，进入制动操作状态，三相桥高端的3个功率管关断，低端的3个功率管同时对地导通，电机三相绕组对地短接能耗制动使电机迅速停转。各个引脚的功能见表1。

2.3 驱动电路

如图4所示，该电路可以实现三相无刷力矩电机的驱动，并可通过调节LM117的输出电压或RADJ的阻值控制无刷力矩电机的工作电流。

（1）MSK4364的模拟地均应接在GND（11，13）引脚，功率地RTN已于模块内部连接至GND引脚，因此不能在外部重复连接，以免引起干扰。

（2）应该在V+引脚与RTN引脚之间并接一只470μF以上的电容器，以抑制电子开关高频开断时产生的干扰，该电容器应尽可能靠近模块放置。±15V与GND引脚间也应并联一只10μF的滤波电容器。

（3）所有大电流回路都应尽可能短，并应尽量使用厚覆铜线布线以降低EMI。

（4）接线时应使霍尔集成电路ABC三相、电机ABC三相、MSK4364的ABC三相输出、霍尔信号三相输入保持正确的对应关系，否则电机不能正常运转，并会出现不转、反转或强烈震动的现象。

三路霍尔信号输入端可加去耦电容器抑制干扰和增加系统稳定性。

3 、结束语

采用UGN3175型锁存型霍尔集成电路作为转子位置传感器，以MSK4364作为位置信号处理和驱动电路，完全能够实现无刷力矩电机的驱动电路。

该电路使用在某型力矩电机中，可实现较宽范围的力矩电流和转速调节，经实践证明，完全能满足运行要求的相关技术指标。