UC3846在永磁无刷电机驱动中的应用

1、前言

DC电机的电磁转矩是电枢电流的函数，受转速、负载转矩等多种因素影响，是一个复杂的转换过程。因此，控制无刷DC电机的关键环节在于电流环控制，即电流闭环控制和电流变化率控制。不仅要满足精度的要求，还要满足速度的要求。尤其是电流变化率的控制，要求非常快的响应速度。

2、控制系统的设计

在一些特殊的应用环境中，如电梯、起重、牵引等。要求驱动和拖动系统的启动、停止和运行过程非常稳定，以提高舒适性和安全性。图1是典型的闭环控制系统。在图中，Vgn是中央控制MCU的给定速度，Vfn是反馈速度，二者之差通过速度调节器产生给定的电流信号Vgi。这个闭环称为速度调节环。Vgi与霍尔电流传感器HL检测到的电流Vfi之差进入电流调节器LT，在最大限流下进行调节，输出波形控制信号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。电流变化率信号是由差动电路LD将电流信号从HL微分产生的，Vgb在LBT被调节以限制电流变化率的增加。在图1所示的控制系统中，虚线框中的部分由UC3846设计。下面描述设计原理。

图1闭环控制框图

2.1、电流型控制器原理

除了电压源型PWM控制器的所有功能外，电流源型控制器还需要一个电流检测环节，检测点可以根据需要任意选择，如开关管电流、电感电流或HL传感器发送的总输出电流等。下面以UC3846的工作原理为例进行描述。图2显示了芯片的内部结构。与图中的电压型控制装置不同，提供了增益为3的电流测量放大器。E/A放大器为误差放大器，输出经二极管和0.5v偏置后送到比较器的反相端，同相端为三倍电流测量信号。电流测量放大器的输出被内部电路限制在3.5V以下，因此电流测量信号的最大电压值被限制在3.5/3=1.2v以内，根据1.2v可以选择电流测量的参数。对于电流模式控制，为了确保输出电流恒定，不受占空比D的影响，必须进行斜率补偿。方法如下：由振荡器波形和电感电流波形导出的三角波形之和叠加在电流检测放大器的输入端(引脚4)或误差放大器的输出端(引脚7)上，即完成斜率补偿，其幅度应大于电流波形下斜率的1/2。

图2 UC 3846内部结构

图3显示了UC3846内部和外部电路连接的示意图。图中的s是一个PWM寄存器，它有两个置位端S1和S2，两个都可以做Y.为高电平，阻塞脉宽调制输出。在设计中，sl用于接受A的输出，当输出电流I大于给定值时，A3输出高电平，从而形成PWM的后沿。S2终端由外部电路形成的两个控制信号K1和K2控制。K1作为电路关断，K2是输出检测电流I通过差分电路的输出，其作用是当电流变化率超过一定值时关断脉冲输出。图中的R5C构成了一个斜率校正网络，用于校正输出电流。下面讨论电流环和电流变化率环的工作原理。

图3 UC 3846局部内部结构和外部接线图