概述
CK3364是一款工业级三相直流无刷电机驱动控制IC ,其外围电路简单, 低成本, 应用方便,只需修改一个电阻阻值就适用于有霍尔与无霍尔电机;采用SPWM 驱动方式具有效率高,噪音小等特点,芯片集成过载保护、堵转保护、低压保护等多种保护机制,产品的安全可靠性高。
特性
Ø 工作电压范围:3.8V~5.5V
Ø 工作温度范围:-40~85度
Ø 适用于有霍尔和无霍尔电机
Ø 正反转转向控制
Ø 启动力矩调节(无霍尔电机)
Ø 启动换向周期调节(无霍尔电机)
Ø 软换向转向控制
Ø 转速信号输出
Ø 过载保护
Ø 恒流驱动
Ø 堵转保护
Ø 故障保护
Ø 缓启动功能
Ø 转速调节(0.02VDD~VDD线性调节)
Ø SOP16无铅封装
应用
手电钻、电批、角磨机、雕刻机、无刷无叶风扇、电动车、滑板车、平衡车、空调风机、车船航模、电动玩具等等。
封装及管脚分配
图1 :封装及管脚分配
引脚功能说明
引脚排序 | 符号 | 功能 | 说明 |
1 | VDD | 电源正 | 3.3V-5.5V |
2 | VSS | 电源负 | 0V |
3 | AT | MA上臂驱动输出信号 | 驱动MA上臂MOS管(1) |
4 | AB | MA下臂驱动输出信号 | 驱动MA下臂MOS管(1) |
5 | HC | 位置检测输入信号C | C相霍尔/反电动势检测 |
6 | BT | MB上臂驱动输出信号 | 驱动MB上臂MOS管(1) |
7 | BB | MB下臂驱动输出信号 | 驱动MB下臂MOS管(1) |
8 | Z/F | 正反转控制输入信号 | 接VSS或接VDD |
9 | IS | 电流反馈输入 | 0.1V恒流, 0.2V过载保护 |
10 | CT | MC上臂驱动输出信号 | 驱动MC上臂MOS管(1) |
11 | CB | MC下臂驱动输出信号 | 驱动MC下臂MOS管(1) |
12 | RQD | 启动力矩/工作模式选择 | 输入0V-VDD |
13 | VR | 转速控制 | 输入0V-VDD |
14 | M/T | 启动转速选择/转速信号输出 | 输入高阻态(2) |
15 | HB | 位置检测输入信号B | B相霍尔/反电动势检测 |
16 | HA | 位置检测输入信号A | A相霍尔/反电动势检测 |
表1:引脚功能说明
注解:(1)6个MOS管驱动信号引脚都为正极性输出
(2)M/T功能引脚为启动时的初始转速选择和正常运转时的转速信号输出;针对无霍尔无刷电机,启动时必须保证此引脚为合适的初始转速电压;正常运转时此引脚输出转速方波信号。
典型应用图
有霍尔驱动方式
图2:有霍尔驱动方式
无霍尔驱动方式
图3:无霍尔驱动方式
应用功能描述
(1)工作方式及启动力矩设定:
若CK3364第12引脚RQD接到VDD,则为有霍尔工作方式。若接0.9VDD及以下电压值,则为无霍尔工作方式,此引脚接0.01VDD-0.9VDD电压范围;电压越高,启动时力矩越大。
无霍尔工作方式下,启动力矩大小与电机实际应用密切相连, 其主要表现为,启动力矩小了电机不动或启动困难,启动力矩过大电机抖动厉害或偶尔在启动时有反转现象,所以设定一个合适的启动力矩值是很有必要的。
(2)开环启动换向周期设定:
无霍尔工作方式下,电机启动时芯片提供启动换向周期选择功能,其运用引脚为CK3364第14脚M/T功能引脚,此引脚于与转速信号输出功能复用。
电机在开环启动状态时,加载在CK3364第14脚的不同电压值,可以设定不同的开环启动换向周期;运用电路如图4,取不同的电阻分压选择不同的开环启动换向周期。
图4开环启动换向周期运用电路图
R阻值 | 1K | 2K | 3K | 3.6K | 5.1K | 6.8K | 8.2K | 10K | 12K | 15K | 18K | 20K | 22K | 27K | 30K | 30K以上 |
换向周期 | 20MS | 22MS | 24MS | 26MS | 28MS | 30MS | 32MS | 34MS | 36MS | 38MS | 40MS | 42MS | 44MS | 46MS | 48MS | 50MS |
表2:阻值对应开环启动周期表
经实践证明 R值取6.8K时 开环启动换向周期为30MS,适用于大部分电机。
开环启动换向周期于无霍尔电机启动密切相关;开环启动换向周期取值大,达不到一定转速,检测不到反电动势位置信息,启动容易失败。开环启动换向周期取值小,需要较大驱动力矩才能让电机启动,电机启动不平顺,容易抖动。
理想的启动条件为设置合理的开环启动换向周期,使电机加速完成后刚好能检测到反电动势信号;设置合适的开环启动力矩,使每次换相时电机刚好转到对应的特定位置。
(3)软换向 Z/F:
CK3364的 8脚 Z/F 为转向控制脚,可直接接 VDD和地(内部有上拉电阻50KΩ左右), CK3364具有软换向功能, 此功能在很多应用中起到了的保护了功率管和电机作用,提高了运行的可靠性和使用寿命,具体操作体现为,当电机正在向一个方向转动时 Z/F 电平发生变化,驱动首先停止输出,让电机自由停止后,再向另一个方向运转。
(4)转速调节:
CK3364第13脚VR 输入0V电压,关闭电机进入待机状态。VR 输入0.05*VDD电压电机启动。调高电压调高转速,最高转速对应电压为芯片VDD电压。
(5)过载保护设定:
当IS 脚电压达到0.1V 时,过载监控启动, 并进入恒流状态,保持驱动电流的恒定,此时驱动电流不再随着 VR 端的电压升高而升高,也不会随着负载的增大而增大,在此状态IC会继续为电机提供持续恒定的驱动功率,保持电机的正常运行,如果 IS 脚电压达到或超过 0.2V 系统将在2毫秒时间内停止输出,进入关机保护状态。
RIS 选值 RIS = 0.1/I
式中的 I 为恒流电流设定值,单位为“ A”
RIS 为限流电阻,单位为 “欧姆”
(6)堵转保护:
电机在运行过程中一定时间内检测不到位置信号,很大可能是电机堵转,则关闭电机,重新启动。电机在 6S 内反复启动不能正常运转的情况下会自动保护停止输出,将 VR 端电压降到 0V 解除保护,再次调高 VR 端电压可重新启动电机。
(7)转速信号:
CK3364第14脚M/T在正常运转时输出方波转速信号,其工作方式是每进行一次换向翻转一次电平输出;根据电机的磁极对数可以换算出电机转速。
具体计算为:
电机转一圈的换相步数=磁极对数*6 ,例如一个4对极的电机,在0.5S内检测到M/T信号有500次翻转,那么0.5S内电机的转数=500/(4*6)≈20.8333圈,则1分钟的转数=60*20.8333/0.5≈2500转
CK3364支持的最快换相周期为125uS
以4对极的电机为例,CK3364支持的最高转速为20000转/分
CK3364第14脚M/T与开环启动换向周期功能复用,电机启动时,此引脚为输入状态,用于检测开环启动换向周期值。电机正常运转时,此引脚为输出状态。