用ST72141实现无刷直流电机的控制

不同的驱动模式：电压模式和电流模式。电流模式下，通过改变电机的参考电流而改变力矩的大小（因为力矩和电流成正比）。电流的控制是通过PWM来调整的。电压模式下，通过改变电机的参考电压来改变速度。这种模式不是直接控制电流，但设置了电流的最高限制，即力矩可达的最大值。电压的控制也是通过改变PWM周期来实现的。
　　
　　电机速度的调整使用闭环实现。ST72141内部有2个速度调整回路。第1个回路是自动换向时效率的调整回路。这个回路使得反电动势和相绕组的电流信号同方向。第2个回路是速度调整回路，可使电机维持在设定的速度。
　　
　　ST72141对电机控制基于3个事件的处理：反电动势过零点事件（Z事件）、换向（C事件）、向绕组去磁结束（D事件），如图4所示。
　　
　　去磁结束和反电动势过零点是物理事件，但是换向事件是通过ST72141计算得来的，也就是计算过零点事件和下一个换向之间的延迟时间。如果速度加快，过零点事件将更早发生，延迟必须减小以使反电动势和相绕组的电流同方向。
　　
　　ST72141的电机控制外设总是以相同的次序处理这3个事件：Z事件在计算的延迟之后产生C事件，然后等待D事件。电机启动时，根据检测到一定的连续Z事件后进入自动换向模式。
　　
　　图5过零点事件检测原理
　　
　　ST72141中，Z事件（过零点）和D事件
　　
　　
　　
　　（去磁结束）的检测由相同的外设部分处理。这些信号通过ST72141的MCIA，MCIB和MCIC三个引脚输入。过零点事件（Z事件）检测的原理如图5所示。
　　
　　图5所示为电机控制的两种状态。在图5左部，绕组C已经去磁。在大约20μs之后，读取反电动势的窗口打开。在T1关闭时，电流流经续流二极管，A点为地。假设A相绕组的反电动势为Ea，B相绕组的反电动势为Eb，C相绕组的反电动势为Ec。当Ec过零点时，有Ea=-Eb，这样N处为零电势。这就意味着可以不需要虚拟地就可以获得需要的反电动势的信息。反电动势过零点事件通过输出比较器获得，无传感器模式时，一定频率的PWM信号加在T1上。C的电压被钳位二极管钳位在＋5V/0.6V（而需要关注的是过零点）。这里的分析同样适应于电机绕组为三角型连接。
　　
　　比较器的一个输入是C相绕组的电压信号，另一个输入是一个门槛电压（通过软件可选择0.2、0.6、1.2和2.5V）。ST72141等待C相绕组的反电动势到达选择的阈值电压。PWM信号施加在T1上，当T1关闭时，C相绕组的电压为地。因此，ST72141只需要读取反电动势就可以检测到到达这个阈值的时间点。
　　
　　检测去磁结束事件的方法和过零点事件相同，并使用相同的外设。电机控制按照固定的顺序处理这三个事件，Z事件后经过一段延迟，产生一个C事件，然后等待一个D事件。
　　
　　图6去磁结束事件
　　
　　在换向之后，开始相绕组加速去磁。为了避免过早地检测去磁结束事件，换向之后有20μs的滤波时间，如图6所示。为了避免检测去磁结束事件太晚，去磁结束的检测使用相同的比较器，但是取样频率是800kHz。
　　
　　无传感器模式下，比较器的输出取样频率在过零点事件时是PWM信号，在去磁结束事件检测时是800kHz。
　　
　　4电机的启动和控制举例
　　
　　这里以2个极对数的电机的启动为例。电机启动后目标速度是1400r/mi

《用ST72141实现无刷直流电机的控制(第2页)》