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无刷直流(BLDC)电机控制解决方案

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-05-19 14:09:48


无刷直流(BLDC)电机正迅速成为应用高可靠性、高效率和高功率体积比的自然选择。这些电机提供宽的速度范围内提供大量的扭矩,并具有类似的扭矩和速度性能曲线(尽管刷电机可以提供更大的静态扭矩)。


BLDC电机具有显著的可靠性,因为它消除了传统直流电机换向时使用的刷子。刷子磨损降低了电机的性能,最终必须更换。相反,当它在额定参数范围内运行时,BLDC电机的预期寿命可超过1万小时或更长。与传统设备相比,这种使用寿命和后续维护和备件成本的降低可以抵消电机的高初始成本。

BLDC电机正在进入最具成本意识的应用领域。例如,在汽车领域,BLDC电机的使用正在飙升。汽车制造商特别被电机在机械工作中转换电能的效率所吸引,这有助于减少对车辆电力系统的需求(图1)。根据分析师IMS到2018年,6亿只研究BLDC电机将用于内燃机驱动的轻型车辆,


BLDC这种对电机的兴趣促使芯片供应商为该单元的电子控制系统开发定制的单片芯片。本文将详细介绍BLDC电机控制芯片 - 用于驱动逆变桥的设备,最终激活电机线圈,控制速度和方向。

减少霍尔传感器故障


FCM8201关键技术进步是可以选择脉冲宽度调制(PWM)有两种模式PWM可选模式:正弦波模式和方波模式。方波模式包括PWM-PWM和PWM-ON提高电机驱动效率的技术。


Fairchild该设备还内置了霍尔信号调节电路,可以为每个传感器输入3到36μs抖动时间。当霍尔传感器信号转换缓慢时,该电路减少了毛刺 - 以及随后的错误。


FCM8201没有外部微控制器,可(MCU)在独立配置中使用,或者如果设计师想添加比标准设备更多的电机控制功能,外部可以通过串行外部接口连接MCU( SPI)接口。图2显示了FCM8201典型的独立应用电路。只需几个外围元件即可完成BLDC电机控制电路。


无传感器控制采用电机磁通


无传感器BLDC电机取消霍尔传感器,而是根据电机旋转时产生的反电势的大小来估计线圈的位置,并确定正确的换向顺序。


无传感器控制是一种流行的技术,因为它简化了电机的机械设计,但缺点是电机静止时不会产生反电势,而电机低速运行时很少。这使得控制器很难确定线圈的位置。


针对低成本BLDC安装,德州仪器(TI)推出了InstaSPIN-BLDC解决这个问题的电机控制技术。该公司表示,InstaSPIN-BLDC它是一种无传感器控制技术,在50多种不同电机类型的现场测试中,每台电机可以在不到20秒的时间内启动和运行。简而言之,TI将InstaSPIN-BLDC描述为三相BLDC在电机上执行无传感器转向软件方法。据该公司称,其优点包括电机调试非常快,即使在低速时也能实现强大的控制,以及超过速度干扰的卓越能力。


其他基于反电动势过零时序的无传感器BLDC不同的控制技术,InstaSPIN-BLDC监控电机的磁通量,以确定何时更换电机。自由图用户界面(GUI)在图3的帮助下,用户在图纸窗口中确定通量信号,并设置通量阈值滑块,以指定电机应更换的通量水平。TI通过观察表示GUI上显示的相电压和电流波形验证了最佳换向。


低传感器不同于磁通信号BLDC低速电机产生的低反电动势信号导致信噪比差(SNR)性能。公司声称InstaSPIN-BLDC即使在重负载下,也能在低速下实现更稳定的操作,提供更可靠的电机启动。


灵活的设计


一些制造商提供没有集成处理器的驱动芯片,以熟悉特定的MCU设计人员使用该设备监督电路。或者,与上述相关Fairchild芯片是一样的,一些供应商允许设计师添加更强大的外部MCU覆盖内部处理器。


传感器和无传感器BLDC电机的优点是越来越多地应用于传统电机主导的应用。虽然比后者贵,但这种早期成本可以抵消较低的维护成本和BLDC电机寿命长。


希望使用这些轻、紧凑、功能强大的电机的设计师会发现,通过引入主要芯片供应商的芯片和设计工具,控制系统设计变得更加容易。设计师在设计中有更多的灵活性,从而增加区分最终产品和竞争对手的机会。


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