UC3846在永磁无刷电机驱动中的应用

1、前言

直流电机的电磁转矩是电枢电流的函数，电流受到转速，负载转矩等多种因素的影响，是一个复杂的转换过程。因之，对直流无刷电机控制的关键环节在于电流环的控制，即电流闭环控制和电流变化率控制。不但要满足精度的要求，还要满足速度的要求。特别是电流变化率的控制，要求响应速度非常快才行。

2、控制系统的设计

在一些特殊的应用环境中，如电梯、起重、曳引等，要求驱动、拖动系统的起步、停止及运行过程非常平稳，以增强舒适感和安全性。图1是一个典型的闭环控制系统，图中Vgn是中心控制单片机给定转速，Vfn是反馈转速，两者之间的差值经速度调节器产生给定电流信号Vgi，该闭环称为速度调节环。Vgi和霍尔电流传感器HL检测出的电流Vfi求差后进入电流调节器LT，该调节器是在最大电流限制下进行调节的，输出的波形控制信号Vgb在电流变化率控制电路LBT的控制下产生驱动IGBT的PWM脉冲。电流变化率信号是将来自HL的电流信号经微分电路LD微分后产生的，在LBT中对Vgb进行调整，限制电流变化率的增长。在图l所示的控制系统中，虚线框内部分利用UC3846进行了设计。下面介绍一下设计原理。

图1 闭环控制框图

2.1、电流型控制器原理

电流型控制器除了要有电压型PWM控制器的全部功能外，还需要有电流检测环节，检测点可以根据需要任意选择，例如开关管电流、电感电流或由HL传感器送来的总输出电流等。下面以UC3846为例说明其工作原理。图2示出了该芯片的内部结构。图中不同于电压型控制器件之处是设置了一个电流测定放大器，增益为3。E/A放大器为误差放大器，输出经过二极管和0.5v偏压后送至比较器反向端，同相端为三倍后的电流测定信号。电流测定放大器输出由内电路限定在3.5V以下，因之，电流测定信号最大电压值被限定在3.5/3=1.2V之内。根据1.2V可选择电流测定环节参数。对于电流型控制，为了保证输出电流恒定，不受占空比d的影响，就必须进行斜坡补偿。其方法是：在电流检测放大器输入端（4脚）或误差放大器输出端（7脚）叠加一个从振荡器波形派生的三角波形与电感电流波形之和，即完成了斜坡补偿，其幅值应大于电流波形下斜坡的l／2。

图2  UC3846的内部结构

图3给出了UC3846内部局部和外电路连结原理图。图中S为PWM寄存器，有两个置位端S1、S2，均可使y．。为高电平，封锁PWM输出。在设计中，用sl接受A，的输出，当输出电流I，大于给定值时，A3输出为高电平，从而形成PWM的后沿。S2端接受由外电路形成的两个控制信号K1、K2的控制。其中K1用作电路关断，K2为输出检测电流I经微分电路的输出，其作用是当电流变化率超过一定值时，关闭脉冲输出。图中R5C.构成斜坡校正网络，对输出电流进行校正。下面分别讨论电流环和电流变化率环的工作原理。

图3  部分uc3846内部结构与外部联线图