无传感器驱动IC TB6588
EV技研

图1是无刷直流电机无传感器驱动IC TB6588FG(东芝)的内部方框图和应用 电路,

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图1

图2是引脚图。

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图2

 这是一种三相全桥无刷直流电机无传感器驱动控制IC,内含无传感器控制电路和 三相全桥驱动电路。它根据速度指令引脚(VSP)输入的线性电压,内部生成PWM控 制驱动信号,通过速度指令电压改变PWM的占空比(脉宽),即可控制转速。


 启  动

 无刷直流电机无传感器驱动IC TB6588,接收线性电压信号(VSP)启动指令, 按下述顺序开始无传感器驱动。 

直流励磁期间 

因为不知道无刷直流电机启动时的转子位置,所以强制电流流入线圈,让转子旋 转到始动位置并固定。如图3所示,

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图3

在直流励磁期间,电流流入U-V,电机的转子位置固定在始动位 置。这个直流励磁期间通过TB6588FG外部的电容(C2)和电阻(R1)来设置。在直流励磁期间,当IP引脚电压从VREF变为VREF/2时,通过直流励磁将转子固定 在始动位置。

 强制换流期间

 给停止状态的转子慢慢施加旋转磁场,让其开始旋转,如同步进电机以一定周期 的旋转磁场让转子开始旋转。如图3所示的强制换流期间,控制器以一定频率输出 强制换流的通电信号,让电机旋转。强制换流期间并不检测转子位置。因此,需要考虑转子的惯性和线圈的励磁转 矩,慎重设置换流频率。通过强制换流,当电机转速达到FST1、FST2引脚设置的强制换流频率时,切换为 无传感器模式。

电机感应电压的检测 通过强制换流,电机开始旋转,各相线圈产生感应电压。这种感应电压输入到位 置信号输入端时,模式自动从强制换流切换为无传感器驱动。

  开始无传感器工作

 电机开始旋转后,根据各相的感应电压便可得知转子位置,据此切换相驱动信号。直流励磁、强制换流的时间设置会随电机及负载发生变化,因此需要通过实验来 匹配。另外,无传感器启动后,会因转矩和速度指令电压的激变而导致失步。



速度控制 

为了说明无刷直流电机无传感器驱动IC TB6588FG的PWM速度控制,取出三相 线圈驱动电机中的U相进行展示,如图4所示。

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图4

根据图2,TB6588的驱动电路由上 臂(高边)PNP型FET和下臂(低边)NPN型FET构成。

上臂通电信号UH为低电平时,U相线圈被驱动;下臂通电信号UL为高电平时,U相 线圈被驱动。速度控制通过PWM控制上臂FET驱动信号来实现。增大PWM的驱动脉宽,驱动 力变大;减小脉宽,驱动力变小。上臂和下臂都没有被驱动时,U相线圈处于浮空状态,可以观测到感应电压。这 种感应电压可用于无传感器驱动所需的转子位置检测。直流励磁期间和强制换流期间的驱动脉宽取决于SC(软启动)引脚的电压。无传感器驱动期间的驱动脉宽取决于图5所示的速度指令引脚(VSP)的线性 电压。

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图5

通过检测电机的转速和目标速度之差进行反馈控制,即便负载发生变动,也可 以维持速度。保护动作 电机因转矩或负载变动过大而处于停转状态时,继续通电会导致过大的电流长时 间流入驱动线圈及驱动器件,会烧坏线圈、破坏驱动器件。无刷直流电机也不例外。尤其是采用无传感器驱动时,停转会导致检测转子位置 的传感器功能丧失。因此,要有充分的保护功能。 

速度异常保护

 TB6588FG的保护动作如图6所示。

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图6

当电机转速超过最大换流频率,或减速到 强制换流频率以下时,驱动输出信号关断。约1s后电机再启动。

过热保护


图7是TB6588FG检测到电机过热时的异常处理顺序。

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图7

IC达到165°以上时, TSD(Thermal ShutDown:过热保护)功能启动,将输出关断。当温度降至150°以 下时,再次按照启动时的顺序开始工作。过流保护 TB6588FG的过电流保护电路如图8所示。

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图8

最大负载电流通过电流检测电阻R1 设置。例如,电流检测电阻R1为0.33Ω时,输入到过流信号输入引脚(OC)的检测电压:VOC=0.33Ω×IOUT 式中,IOUT为负载电流。V OC超过0.5V时,过流保护电路动作,将三相驱动电机的上臂FET变为关断状 态,电机停转。为了保证保护电路不在电机启动或瞬时大转矩电流时发生误动作,要通过电阻R2、 电容C2的时间常数电路设置过流容许时间。


 进角控制

 TB6588FG具备0°、7.5°、15°、30°的进角控制功能。如图4.14所示,这是调 整感应电压和驱动通电信号的相位的功能。进角通过信号输入引脚LA2、LA1设置,引脚开路视为高电平。·LA2为高电平,LA1为高电平 → 进角30° ·LA2为高电平,LA1为低电平 → 进角15° ·LA2为低电平,LA1为高电平 → 进角7.5° ·LA2为低电平,LA1为低电平 → 进角0° 始动期间,强制换流在进角0°时动作。切换到无传感器模式后,根据LA1、LA2 引脚设置的进角进行强制换流。

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