ML4411无转子位置传感器的无刷直流电动机控制器

ML4411是为硬盘主轴无刷直流电动机驱动而设计的，也可用于其他三相三角形或星形联结的无刷直流电动机的控制。它不必使用霍尔位置传感器，转子位置信息从电动机三相绕组的反电动势而来，采用锁相环(PLL)技术，确定合适的换相时刻。电机起动和换相过程由ML4411完成。它接受外接微控制器的控制信号，起动过程的定时由微机决定，允许系统对不同电动机、不同转动惯量的负载控制进行优化。ML4411可直接驱动功率MOS-FET,对电动机的电流进行调节。它采用28脚双列表面封装。

1.特点

·以反电动势信号换相，提供较大转矩，缩短起动时间

·提供精确的电动机转速频率作为反馈信号·两种电动机电流控制方式：线性或PWM·容易和微机接口、优化起动和速度控制

·延时制动，功率故障检出

·直接驱动外接P沟道和N沟道MOSFET

2.引脚功能说明引脚名和功能说明见表3-15和图3-47。

表3-15ML4411的引脚功能说明

3.功能说明ML4411原理框图见图3-47。本IC不用专门的转子位置传感器可完成三相无刷直流电动机的电子换向。为此，IC内设有一个由VCO(压控振荡器)电路、反电动势采样误差放大器和顺序器组成的锁相环电路，它将VCO频率锁定到电动机反电动势频率上。电动机的起动程序和速度由外接微机控制，从15脚可获得电动机转速频率信号。

(1)反电动势检测与换相信号的获得(见图3-48):在IC内有一个申请了专利的反电动势检测电路。此电路包括了中点模拟

电路(NEUTRALSIMU-LATOR)、多路切换开关(MULTIPLEXER)、符号变换开关(SIGNCHANG-ER)等电路。由于有了中点模拟电路，不必从电机三相绕组中引出中线，这是与3.10和3.11节所述的IC不同之处。从任一相绕组电压示波图(见图3-49)可见，与假想中点电位相交点附近的部分是该相绕组不激

励时间的反电动势波形。本电路能检测出此时相绕组的反电动势波形，并进行采样，以确定转子当前的相位，决定换相频率(VCO)应当增加还是减少。换向频率与采样反电动势相位比较，落后的换相使误差放大器向20脚滤波器充电，从而增大VCO输入。相反，提早换相将会引起20脚上电容放电，使VCO输入减

少。利用此PLL技术，获得适当的换相时刻。此外，从20脚取出的信号是代表电动机速度的电压信号，可用于模拟型速度控制，见图3-48、图3-49、图3-50。

三个PH端对地的输入阻抗只有8kΩ,故对较高电压的电机，

须用电阻分压后才从PH端输入，使此三端输入电压的最大值不超过电压Vcc。

(2)锁相环参数的计算：VCO工作的最高频率fmax与电动机最高工作转速nms(r/min)关系是

fmx=0.05pnmax式中p——电动机极对数。

Cw的单位为μF。由电动机极数和要求最高转速依上式计算定时电容Cvco。

如图3-50所示，反电动势锁相环的相位检出器是由反电动势相位检出和放大器(Gm)组成，20脚(RC)端外接环路滤波器。此滤波器R、C、C₂可按下面方法计算。

(3)起动程序：如前所述，换相是由反电动势检出经锁相环闭环控制而完成的。需要电动机从静止开始起动时，必须由其他办法“开环”起动，到产生足够大的反电动势方能进入正常换相。下面是一个从静止起动的典型程序，此时8脚取低电平，使15脚是TACH输出，参见图3-51、图3-52。

第一步：本IC被复位(RESET=0),维持R状态，全部功率施加到电机绕组，P1、P3和N2为导通状态，使电机转子强制对准在A状态前面30°(电角度)位置上，为起动做好准备，见表3-16。

第二步：释放复位信号(RESET=1),在21脚施加固定值的

电流，在20脚出现充电电流，使VCO电压上升，电机以开环步进方式按规定速率加速。微机监视TACH信号。

第三步：当电动机转速达到约100r/min时，18脚被拉至高电平，使反电动势锁相环接入工作，进入正常换相方式。

上述起动过程由外接微机控制。

表3-16换相状态表

注：输出端中ON表示导通，空格表示不导通。

(4)PWM和线性电流控制：为了便于速度控制，ML4411内设置了两个电流控制环，线性的和PWM的。电动机电流是由取样电阻上的电压降进行检测，从12脚输入，内设跨导放大器放大12脚I(SENSE)和28脚I(CMD)的差值，其输出调制三个N沟道MOSFET开关。这是线性控制环。I(SENSE)信号还和27脚I(LIMIT)信号在比较器中进行比较，比较器输出接单稳态电路，后者由接13脚的外接电容器Cos定时。这些电路组成了PWM

限流电路。这两个电路的作用使电动机电流受控于I(CMD)和I(LIMIT)中较小的。

(5)制动控制

为了制动电动机，首先使8脚为零电平，然后使26脚BRAKE电平下降。当电平降到1.4V以下，内部比较器强制三个N沟道MOSFET导通，实现电动机的制动。

4.典型应用图3-53是硬盘驱动器主轴控制的例子。它的控制信号均来自上级微控制器。