航晶微电子BLDC控制电路设计方案

一 控制电路

控制电路HJ4312A是专为三相无刷电机设计的闭环控制器，采用全硬件厚膜集成架构，内部高度集成三相霍尔解码器、速度反馈环、双单稳多谐振荡器、PWM控制器、电流门限比较器、精密电压基准等核心模块，无需外接复杂控制电路，可从硬件层面实现转速闭环控制。

其控制原理简洁且精准：将三相无刷电机的霍尔信号经3倍频后，以定脉宽形式输入PWM控制器的误差放大器，完成转速闭环反馈；采集的过流信号经电流门限比较器输出后，同样以定脉宽形式输入PWM控制器，实现PWM信号的逐周期关断。配合内置误差放大器，通过调节其外部PID拓扑结构及参数，依据电机实际转速与扭矩变化范围精准给定转速电压，即可适配不同工况下的控制要求。

典型应用图如下所示：

图1 HJ4312A+HJG4306典型应用

二 核心电参数

三 逻辑时序表

四 应用注意事项

4.1转速反馈信号固定脉宽设置

若目标电机的额定转速为3000RPM，且所用电机转子上的永磁体为一对磁极，则电机每完成一周机械旋转，每个霍尔效应传感器便会传递一个脉冲周期，三个传感器将生成三个独立的脉冲周期；同时，HJ4312A转速反馈信号端T-OUT会产生一个脉冲周期数为3的脉冲信号，每个脉冲分别对应传感器脉冲的上升沿与下降沿。当电机每秒转速为50转时，转速反馈信号每秒将产生150个脉冲，即频率为150赫兹。由此可知，转速反馈信号的脉冲周期为6.66ms，其脉冲宽度可设定为反馈信号脉冲周期的70%~80%，具体计算公式如下：

τ=0.5×Rx×Cx

τ：输出脉冲宽度（s）；

0.5：为单稳态震荡电路的时间常数；

Rx：为转速反馈信号脉宽设定电阻（Ω）；

Cx：为转速反馈信号脉宽设定电容（F）。

4.2转速模拟给定及PID补偿网络

图2转速给定及PID补偿网络

由电阻R17与电容C15构成的低通滤波网络，对Tout端输出的固定脉宽转速反馈信号进行深度滤波后，输出类直流信号。

电阻R18、R19、R20与电容C12、C13、C14共同组成PID补偿网络，通过调节该网络，可在速度给定电压Tach保持不变的条件下，使电机无论是空载还是带载运行，转速均维持在目标转速附近。其核心目的在于保持内部误差放大器EA的EAO输出电压稳定，唯有如此，后级PWM信号的占空比才能保持恒定。需要注意的是，EAO输出电压对PWM信号占空比的有效控制范围为0.6~3.6V，超出此范围将无法实现对电机的有效控制。

4.3电流整流

采样电阻Rsense的取值需结合电机特性、+Vs电压及比较器门限电压共同确定，HJ4312内部预设的比较器门限电压为0.5V。当采样电压超过0.5V的阈值时，电流比较器将发生反转，系统内部会逐周期关闭PWM信号，使驱动电路输出的上臂桥关断以降低系统电流，电流会衰减一个固定周期，时长约为30微秒。

4.4系统供电

该方案通过同步降压DC/DC变换器芯片，将功率侧的电源+Vs降压后输出Vcc，为控制部分供电。选用的同步降压DC/DC变换器芯片为HJ33401，其输入电压最高可达40V，输出电流最大为600mA，下图中输出的VCC电压为+12V。若选用该同步降压DC/DC变换器芯片，为提升转换效率，PCB布局请参考HJ33401同步降压DC/DC转换器应用手册。

图3 控制系统供电电路

五典型应用评估板

图4 应用评估板

六扩展应用注意事项

6.1驱动电路电平兼容问题

HJ4312A控制器的六路输出预驱信号幅度为0~VCC，且为低电平有效。若后级驱动器的输入信号电平与前级控制器输出的预驱信号无法直接匹配，需进一步对预驱信号进行相位或电平转换处理。如需对预驱信号进行相位处理，可搭配使用带施密特功能的反相器HJ40106进行反相，以解决有效电平的兼容问题；关于电平转换则可以使用光耦来完成，不建议使用HJ4312A控制器的5V基准Vref来供电，因其输出电流能力最大10mA，故光耦的接收端电源建议使用线性稳压器来供电以确保整个系统能稳定工作。

6.2信号隔离设计

如需搭配MCU进行远程控制，可以通过光耦实现电气隔离，防止控制电路侧的故障电压或电流串入上位机，避免MCU等核心器件受损，从而提升整个控制系统的安全性与抗干扰能力。

图5控制系统隔离电路