直流无刷电机控制方案及磁编码器的应用课件.pptx

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1、Monolithic Power SystemsMonolithic Power SystemsMPS Confidential Dont Distribute直流无刷电机控制方案及磁编码器的应用直流无刷电机控制方案及磁编码器的应用_秦鸿强秦鸿强/陆桢陆桢 2015.11.17The Future of Analog IC Technology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内容简介The Future of Analog IC

2、 Technology单相直流无刷电机控制技术及方案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=0-1a=0a=0a=1a=1a=1-0a=1-0The Future of Analog IC Technology 单相直流应用实例：（单相直流应用实例：（MP9518MP9518为例）为例）外围器件少外围器件少 单层单层PCB设计容易设计容易PCB 控制控制/H桥桥/霍尔集成霍尔集成Rotor MagnetRotor MagnetPCBPCBStraigh

3、t Lead TSOT23-6单相直流无刷电机控制技术及方案单相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology 单相直流应用实例：（单相直流应用实例：（MP9518MP9518为例）为例）3V to 18V 输入输入，21V过压保护过压保护 输入防插反输入防插反 内部集成霍尔检测内部集成霍尔检测(min.3mT)输出输出FG/RD可选择可选择 软换相抑软换相抑制电流过冲和噪声制电流过冲和噪声 BEMF和电流自动锁相提高效率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单相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog I

4、C Technology 单相直流无刷电机控制技术实例：（单相直流无刷电机控制技术实例：（MP9518MP9518）Tcase_rise=10CVIN=12V,IIN=0.31ARoom.Temp,单相直流无刷电机控制技术及方案单相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology 单相直流无刷电机控制技术实例：（单相直流无刷电机控制技术实例：（MP9518MP9518）软换相抑软换相抑制电流过冲和制电流过冲和噪声噪声 BEMF和电流自动锁相和电流自动锁相提高效率提高效率 检测输入检测输入PWM占空比占空比 查表获取输出查表获取输出PWM占空比占空比

5、 查表可任意查表可任意数字编程数字编程单相直流无刷电机控制技术及方案单相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology三相直流无刷电机原理（三相两两导通六状态）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三相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology 三相直流无刷电机控制实例：（三相直流无刷电机控制实例：（MP6530MP6530）三相驱动可独立控制三相驱动可独立控制

6、 5V-60V输入输入 外部外部MOSFET，功率应用灵活，功率应用灵活输出驱动可输出驱动可100%占空比工作占空比工作 死区可调死区可调三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The Future of Analog IC Technology 三相直流无刷电机控制实例：（三相直流无刷电机控制实例：（MP6532MP6532）三相驱动可独立控制三相驱动可独立控制 支持三相霍尔支持三相霍尔+PWM接口输入接口输入 5V-60V输入输入 外部外部MOSFET，功率应用灵活，功率应用灵活输出驱动可输出驱动可100%占空比工作占空比工作 死区可调死区可调三相直流无刷电机控制技术及

7、方案三相直流无刷电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology 三相直流无刷电机控制实例：（三相直流无刷电机控制实例：（MP6540/1MP6540/1）实时输出三相电流检测实时输出三相电流检测 三相桥臂可灵活单独控制三相桥臂可灵活单独控制 全集成驱动和三相桥全集成驱动和三相桥 QFN5x5mm MP6540:60V/5A/30m MP6541:35V/8A/13m 三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The Future of Analog IC Technology步进电机分类：步进电机分类：反应式步进电机：利用磁阻转矩，结构

8、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步进电机控制技术及方案The Future of Analog IC Technology无刷直流电机分类及其不同控制技术无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制原理：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）The Future of Analog IC Technology无刷直流电机分类及其不同控制技术无刷直流电机分类

9、及其不同控制技术步进电机控制原理：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；The Future of Analog IC Technology无刷直流电机分类及其不同控制技术无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制实例（步进电机控制实例（MP6501AMP6501A）：）：STEP:步进命令DIR:方向控制开关频率设置MS2MS1模式模式 拍拍数数LLFull4LHHa

10、lf8HLQuarter16HHEight32绕组最大电流设定The Future of Analog IC Technology无刷直流电机分类及其不同控制技术无刷直流电机分类及其不同控制技术步进电机控制实例（步进电机控制实例（MP6501AMP6501A）：）：例：32拍（Eight Step）The Future of Analog IC Technology永磁同步电机矢量控制技术及方案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

11、量+零矢量利用面积等效原理所需矢量The Future of Analog IC Technology矢量控制技术在永磁同步电机中的应用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（转子磁场定向矢量控制技术（MPSMPS方案）：方案）：MP6540:60V/5A/30m MP6541:35V/8A/13m 集成高精度位置传感器集成高精度位置传感器 I2C/SPI数字通讯接口数字通讯接口 FOC控制算法控制算法 位置位置/速度速度/转矩模式转矩模式 非易失储存器存储参数非易失储存器存储参数The Future of Analog IC Technology 转子磁场定向矢量控制技术

12、转子磁场定向矢量控制技术（MPSMPS方案）：方案）：置霍尔检测置霍尔检测速度：速度：20到到60000RPM位置：位置：0.2o 分辨率分辨率,232圈圈永磁同步电机矢量控制技术及方案永磁同步电机矢量控制技术及方案The Future of Analog IC TechnologyBrakeun-controlledandslow!Moreenergylostondiode,windingresistance!Brakecontrolledandfast!u Normal Brakeu Fast BrakeMoreenergyrecycle!ControlledbyMP6570永磁同步电机

13、矢量控制技术及方案永磁同步电机矢量控制技术及方案The Future of Analog IC Technology 转子磁场定向矢量控制技术（打印机方案）：转子磁场定向矢量控制技术（打印机方案）：MP6540/1 3-phase bridgeQFN5x5mmMPS ControllerQFN4x4mm3.3V LDO(optional)(VIN/3.3V/GND/EN/DIR/CLKIN/BRAKE/FG/FT/SPI/I2C)From System Controller永磁同步电机矢量控制技术及方案永磁同步电机矢量控制技术及方案The Future of Analog IC Technol

14、ogy转子角度位置传感器转子角度位置传感器 磁角度传感器：磁角度传感器：The Future of Analog IC Technology磁角度传感器供应商比较磁角度传感器供应商比较 feasible with the same devicevs.Monolithic Power SystemsMonolithic Power SystemsThe Future of Analog IC Technology转子与传感器的摆放方式转子与传感器的摆放方式end-of-shaftside-shaftSensor on-axis of magnetSensor off axis of magnet

15、The Future of Analog IC Technology常见的磁角度传感器方案常见的磁角度传感器方案What is common in all competitors sensors?Based on two component(X,Y)measurementConvert hall voltage signal into digital domainAngle computed with complex arctan algorithmThe Future of Analog IC TechnologyMPS Special Technique:energy efficiente

16、xtremely fastsmall die&packagerobust&reliableTime countingswitcha aMPSMPS的独特磁角度传感器的独特磁角度传感器MPS MagAlpha Spinaxis means true instantaneous sensing(TIS)simple&robust setup low power consumption small sensor componentsThe Future of Analog IC TechnologyiVV B B B=How does Spinaxis work?MPSMPS的独特磁角度传感器的独特

17、磁角度传感器The Future of Analog IC TechnologyHow does Spinaxis work?MPSMPS的独特磁角度传感器的独特磁角度传感器The Future of Analog IC TechnologyFiltered output:a aa aHow does Spinaxis work?MPSMPS的独特磁角度传感器的独特磁角度传感器The Future of Analog IC TechnologyCOMPREFa aHow does Spinaxis work?MPSMPS的独特磁角度传感器的独特磁角度传感器The Future of Analo

18、g IC TechnologyHow does Spinaxis work?HALLPWM (SR)COMPREFCOMPREFa aMPSMPS的独特磁角度传感器的独特磁角度传感器The Future of Analog IC TechnologyMPSMPS方案优势数据对比方案优势数据对比companyproductINLresolution(3sigma)responsetimeappliedfieldpoweruptimepackagesizesupplycurrentsupplyvoltageoperatingtemperatureside-shaftmountABZ UVWimmu

19、n.extfieldBmin Bmax larg lengthminmaxminmaxdegbitusmTmTusmmmmmAVVCCAS50450.912964575 20000 7.886.21635.5-40125nononoyesAS50481.2141003070 10000 6.451535.5-40150nononoyesAS513428.5222080500 7.87.2224.55.5-40125noyesyesyesAS50551.412100003080400448.533.6-4085nononoyesAK7405112200003070 25000 7.57.4154

20、55.5-40150yes12bitsnonoAEAT-66000.41244290120 10000 6.451735.5-40125noyesyesnoIC-MH0.51250251253005584.55.5-40125no12bitsyesyesIC-MH80.351250251253005584.55.5-40125no12bitsyesyesTLE5012(fastmode)19213050500 5.84.81435.5-40150noyesyesnoMLX90316(fastmode)1122002070 15000 5.84.8164.55.5-40150yesnonono

21、HAL36250.791000201007000 5.84.8104.55.5-40170yesnononoAM40960.21230.7505015001082635.5-40125noyesyesyesAM81920.2132204040 100001212394.755.25-40125noyesnoyesA1332210.1683010040000 6.45204.55.5-40125yesnononoA13341.759.26030100300 6.45104.514.5-40150nonononoMA3001.5123201502533733.6-40125yes10bitsyes

22、noside-shaft mounting possiblehigh sampling frequency 500 kHzultra-short latency3 sshort power-up time25 ssmall components3x3 mm2 QFNmoderate power consumption 7 mAMonolithic Power SystemsMonolithic Power SystemsThe Future of Analog IC TechnologyMPS Solution in the MarketMPS Solution in the Marketha

23、llencoderProductApplicationAbsoluteIncrementalzerosettingsideshaftlinearizationlowpoweroptimizationSPIPWMmotorcommutation8bit10bit8 bit16 bitMA100MotorcommutationMA120MotorcommutationMA200Motorcommutation&speedcontrolMA300Motorcommutation&positioncontrolMA700HighperformanceencoderMA720Lowpowerencode

24、rMA750ContactlesspotentiometerUpcoming featuresMotor commutation:multiple pole pair rotor with simple target magnet MA100,MA120,MA200,MA300Alarm:High/Low field alarm:all productsIncremental:reduced wiring Mode,configurable index,differential output MA200,MA300,MA700Absolute:SSI output(in addition to

25、 SPI):MA700,MA720,MA750Speed:speed output via SPI:MA200,MA300,MA700The Future of Analog IC Technology 机器人抛球装置介绍机器人抛球装置介绍MPSMPS永磁同步电机方案及机器人抛球装置介绍永磁同步电机方案及机器人抛球装置介绍The Future of Analog IC TechnologyQ&AMonolithic Power Systems,IncMonolithic Power Systems,Inc.79 Great Oaks Blvd.,San 79 Great Oaks Blvd.,San Jose,CA 95120Jose,CA 95120Tel:(408)826-0600Tel:(408)826-0600