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高性能BLDC无刷直流电机,负载控制稳定、换向辨别准确

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-06-20 10:11:16


近年来最引人注目的可能是5G人工智能、自动驾驶等时尚词汇也集中在这些领域。但事实上,有一个应用程序已经真正着陆并迅速增长——无刷直流电机(BLDC)市场应用越来越广泛。空调、冰箱、洗衣机、风扇等白色家电、电动工具、运动器材、无人机、电动汽车,甚至牙科诊所常用的磨牙设备等医疗电子产品,都开始使用BLDC电机。


由于BLDC它可以节约能源,提高设备的运行效率,使其在许多场景中得到应用。BLDC它具有耐热性、低维护要求和低温运行,从而消除火花的威胁。BLDC无传感器控制方案的出现进一步提高了产品的耐久性和可靠性。这些因素都在推动BLDC市场增长。

作为一个大国,我国对电机应用的需求量很大,BLDC市场将取代传统的刷电机。看到了隐藏的机会,推动无刷直流电机方案。


与所有电机一样,无刷直流电机利用磁场吸引力产生驱动力。为了保持电机的旋转,需要定期改变磁场力的方向,产生的磁场吸引力必须驱动转子向旋转方向。带刷电机的换向器和碳刷会产生机械损失,改变电流时会产生电火花,限制了直流电机的应用。无刷直流电机没有换向器和刷子,所以无刷直流电机的应用范围更广,更稳定可靠。


选择无刷直流电机方案控制器STM32F401CCU6芯片是控制单元。选择可变电感方法,识别电机启动时的转子位置,在不同启动负载下实现可靠启动;采用直接反电势无位置控制方法,简化反电势检测外部电路,低速高速估计电机位置;通过PWM波导桥臂实现换向和调速。系统框架结构如下图所示。


STM32F4控制核心:系统控制逻辑处理单元。选择控制核心STM32F401CCU6芯片,其核心是Cortex?-M4.工作频率为84 MHz是的,浮点运算单元(FPU),具备DSP指令,FPU与DSP该指令加快了代码速率,这对控制无刷直流电机值非常有利。


MOSFET驱动电路:由路MOSFET半桥,3路IR2103S驱动芯片组成。作为电机转向和调速的驱动和功率电路。MOSFET型号耐压30V的IRLR3103选择驱动芯片IR2104S。


端电压采样电路:分压网络由9个电阻和3个稳压管组成,分压后的电压信号直接进入STM32F4的ADC采样IO口。

电流采样电路:由采样电阻和输放电路组成,负责收集电机电枢绕组电流。


外部控制信号:参考电调控制信号PWM(脉冲宽度调制)信号作为控制信号。


该方案利用STM32F4高性能ARM芯片是控制的核心。在启动、低速、高速的所有运行条件下,实现了对电机位置的识别,实现了良好的换向策略。并且可以很好的适应不同的负载,可以控制电机在10%到100%的空比范围内运行良好。事实上,当负载相对较小时,该方案可以占空比2.控制电机运行5%,换向性能好。




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