一 控制電路

控制電路HJ4312A是專為三相無刷電機設計的閉環(huán)控制器，采用全硬件厚膜集成架構，內(nèi)部高度集成三相霍爾解碼器、速度反饋環(huán)、雙單穩(wěn)多諧振蕩器、PWM控制器、電流門限比較器、精密電壓基準等核心模塊，無需外接復雜控制電路，可從硬件層面實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

其控制原理簡潔且精準：將三相無刷電機的霍爾信號經(jīng)3倍頻后，以定脈寬形式輸入PWM控制器的誤差放大器，完成轉(zhuǎn)速閉環(huán)反饋；采集的過流信號經(jīng)電流門限比較器輸出后，同樣以定脈寬形式輸入PWM控制器，實現(xiàn)PWM信號的逐周期關斷。配合內(nèi)置誤差放大器，通過調(diào)節(jié)其外部PID拓撲結構及參數(shù)，依據(jù)電機實際轉(zhuǎn)速與扭矩變化范圍精準給定轉(zhuǎn)速電壓，即可適配不同工況下的控制要求。

典型應用圖如下所示：

圖1 HJ4312A+HJG4306典型應用

二 核心電參數(shù)

三 邏輯時序表

四 應用注意事項

4.1轉(zhuǎn)速反饋信號固定脈寬設置

若目標電機的額定轉(zhuǎn)速為3000RPM，且所用電機轉(zhuǎn)子上的永磁體為一對磁極，則電機每完成一周機械旋轉(zhuǎn)，每個霍爾效應傳感器便會傳遞一個脈沖周期，三個傳感器將生成三個獨立的脈沖周期；同時，HJ4312A轉(zhuǎn)速反饋信號端T-OUT會產(chǎn)生一個脈沖周期數(shù)為3的脈沖信號，每個脈沖分別對應傳感器脈沖的上升沿與下降沿。當電機每秒轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速反饋信號每秒將產(chǎn)生150個脈沖，即頻率為150赫茲。由此可知，轉(zhuǎn)速反饋信號的脈沖周期為6.66ms，其脈沖寬度可設定為反饋信號脈沖周期的70%~80%，具體計算公式如下：

τ=0.5×Rx×Cx

τ：輸出脈沖寬度（s）；

0.5：為單穩(wěn)態(tài)震蕩電路的時間常數(shù)；

Rx：為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設定電阻（Ω）；

Cx：為轉(zhuǎn)速反饋信號脈寬設定電容（F）。

4.2轉(zhuǎn)速模擬給定及PID補償網(wǎng)絡

圖2轉(zhuǎn)速給定及PID補償網(wǎng)絡

由電阻R17與電容C15構成的低通濾波網(wǎng)絡，對Tout端輸出的固定脈寬轉(zhuǎn)速反饋信號進行深度濾波后，輸出類直流信號。

電阻R18、R19、R20與電容C12、C13、C14共同組成PID補償網(wǎng)絡，通過調(diào)節(jié)該網(wǎng)絡，可在速度給定電壓Tach保持不變的條件下，使電機無論是空載還是帶載運行，轉(zhuǎn)速均維持在目標轉(zhuǎn)速附近。其核心目的在于保持內(nèi)部誤差放大器EA的EAO輸出電壓穩(wěn)定，唯有如此，后級PWM信號的占空比才能保持恒定。需要注意的是，EAO輸出電壓對PWM信號占空比的有效控制范圍為0.6~3.6V，超出此范圍將無法實現(xiàn)對電機的有效控制。

4.3電流整流

采樣電阻Rsense的取值需結合電機特性、+Vs電壓及比較器門限電壓共同確定，HJ4312內(nèi)部預設的比較器門限電壓為0.5V。當采樣電壓超過0.5V的閾值時，電流比較器將發(fā)生反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部會逐周期關閉PWM信號，使驅(qū)動電路輸出的上臂橋關斷以降低系統(tǒng)電流，電流會衰減一個固定周期，時長約為30微秒。

4.4系統(tǒng)供電

該方案通過同步降壓DC/DC變換器芯片，將功率側(cè)的電源+Vs降壓后輸出Vcc，為控制部分供電。選用的同步降壓DC/DC變換器芯片為HJ33401，其輸入電壓最高可達40V，輸出電流最大為600mA，下圖中輸出的VCC電壓為+12V。若選用該同步降壓DC/DC變換器芯片，為提升轉(zhuǎn)換效率，PCB布局請參考HJ33401同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器應用手冊。

圖3 控制系統(tǒng)供電電路

五典型應用評估板

圖4 應用評估板

六擴展應用注意事項

6.1驅(qū)動電路電平兼容問題

HJ4312A控制器的六路輸出預驅(qū)信號幅度為0~VCC，且為低電平有效。若后級驅(qū)動器的輸入信號電平與前級控制器輸出的預驅(qū)信號無法直接匹配，需進一步對預驅(qū)信號進行相位或電平轉(zhuǎn)換處理。如需對預驅(qū)信號進行相位處理，可搭配使用帶施密特功能的反相器HJ40106進行反相，以解決有效電平的兼容問題；關于電平轉(zhuǎn)換則可以使用光耦來完成，不建議使用HJ4312A控制器的5V基準Vref來供電，因其輸出電流能力最大10mA，故光耦的接收端電源建議使用線性穩(wěn)壓器來供電以確保整個系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。

6.2信號隔離設計

如需搭配MCU進行遠程控制，可以通過光耦實現(xiàn)電氣隔離，防止控制電路側(cè)的故障電壓或電流串入上位機，避免MCU等核心器件受損，從而提升整個控制系統(tǒng)的安全性與抗干擾能力。

圖5控制系統(tǒng)隔離電路