虽然BLDC有着这么多上风,但实现BLDC的掌握是相对较难的,比有刷电机难很多而且硬件本钱也更高。
高效BLDC的繁芜掌握
从事情事理上来看,BLDC作为电机,其基本布局也是定子加转子,不过其定子和转子和有刷电机是相反的。BLDC的定子是通电的线圈,转子是永磁体。那么根据电磁感应事理,只要给定子上的线圈接入适当方向的电流,让产生的磁极方向与永磁体的磁极相对应,就可以旋转起来。
也便是说,掌握电流的大小和方向,就能掌握转子的旋转。进一步对接入电流线圈的定子进行优化,就能产生很多掌握办法。BLDC的掌握虽然在事理上和有刷电机相似,但实现起来却要难得多,BLDC须要繁芜的掌握器才能将单个直流电源转换为三相电压,而有刷电机可以直接通过调节直流电压来掌握。
事理层面固然普通易懂,但是真正实现起来,掌握BLDC的难度还是不小的。
掌握电流的大小和方向就能掌握转子的旋转,这里有很多掌握算法的运用。然后还须要知道转子的位置,对位置的丈量是确定电机何时换相所需的输入。对付转子位置的感测,又区分出有传感器和无传感器的路线。
对开环掌握而言,这些已经足够,但是在须要精确速率掌握的场景里,加入PID闭环的掌握是有必要的。对付闭环速率掌握,须要对转子速率或电机电流以及PWM旗子暗记进行丈量,以掌握电机速率以及功率。
目前的BLDC配置,硬件层面绝大多数掌握办法都以六个功率开关器件构成的电子换相电路搭配玉成桥,掌握和驱动组合,再加上位置反馈电路和电流采样电路。软件层面则是方波、正弦波掌握算法。
低本钱高性价比方波掌握
方波掌握里最具代表性的六步换相,在传统的电调掌握里利用的非常多。所谓六步换相,实质上便是复现有刷换相的过程,只是在BLDC中没有了电刷。六步换相法每360°电周期换相6次,换相发生在两个相邻状态的切换瞬间,以此产生旋转的磁场,拉动永磁体转子随之迁徙改变实现电机的掌握。
六步换相同样有无感和有感的掌握办法,有感的掌握很大略,配置三个位置传感器,每60°电周期会有传感器的状态发生改变,以此确定何时换相。那么无感怎么判断转子位置?用反电动势。
在这种掌握配置里,位置反馈电路被反电动势过零检测电路取代。每当电机发生换向时,反电动势的电压极性发生变革,经由零值。通过识别反电动势过零点,来识别转速位置换向的过程。
这种无感的六步换相方案难度比有感高,在电机转速为零或者很低的时候,这个反电动势很难检测到。须要分多步来启动电机直到反电动势能被准确检测到才能正常切换为六步掌握。此外,反电动势的检测和电机效率息息相关。
换相的韶光会影响到电机效率,但检测到反电动势过零后准确到最佳电角度的韶光却只能通过推断得出,而且推断算法的实行本身也须要韶光。以是最佳换相韶光的算法是掌握里很受关注的一点。一些算法可以选择检测到过零点后立即换相,在高速的情形下这种电机的效率很高。
总的来看,方波掌握很实用且大略,但确实存在比较大的转矩脉动,会有比较大的噪音。借助更前辈的FOC掌握,可以战胜很多方波掌握的缺陷。
高本钱高效率FOC前辈掌握
有感的FOC通过SVPWM合成矢量磁场,再通过传感器检测手段丈量转子位置,然后对磁场进行精准掌握。
目前随着电机掌握性能哀求的逐年提升,BLDC FOC掌握算法目前已经确立了主导地位,这紧张还是由于FOC能在最大程度上实现更高的效率、更低的振动、更小的噪音、更平稳的转矩掌握以及更快的动态相应速率等精密掌握目标,也是现在BLDC和PMSM最优的掌握,目前FOC正弦波掌握已在很多运用上替代了其他的掌握办法。
FOC算法的实质是矩阵变换,是繁芜的数学算法,而无感FOC没有了额外的传感器,进一步加大了掌握难度,掌握算法更为繁芜。但是无感FOC也为全体电机掌握带来了更为简洁的布局并降落了传感器失落效的风险,而且无感FOC高频注入算法也能带来带载起动并突加负载运行的上风。
过去FOC繁芜的运算须要借助DSP来实现,尤其是无感FOC。现在很多芯片厂商都开拓了专用于电机掌握的MCU,而且也运用自家的芯片实现了FOC电机掌握的干系算法,或者是将FOC掌握干系的模块利用硬件的办法集成在了芯片内部来进行掌握。
FOC的核心源自闭环负反馈,因此其带宽是电机掌握产品最主要的衡量指标之一。而代码实行韶光决定了带宽,这也造成了目前市场上电机掌握产品性能输出有差异的征象。海内不少厂商的BLDC驱控芯片已经做得很精良。
如兆易创新针对电机驱动的GD32F407、GD32E50X系列,支持高动态性能FOC,可以知足多种实时通讯需求,支持多种无传感器算法,既能办理强算力高动态FOC的需求,也能兼顾本钱敏感需求。
国民技能的N32M41x系列也能供应各种电机掌握算法在内的高竞争力MCU方案,而且还针对市场需求开拓了业内领先的电机参数自动识别技能和独占的电机算法保护技能,实现高效稳定的BLDC掌握。
峰岹科技则从底层架构年夜将芯片、电机驱动架构、电机技能三者有效结合,用算法硬件化的技能路径,在芯片架构层面实现繁芜的电机驱动掌握算法,形成具有自主知识产权的电机驱动掌握处理器内核,旗下FT8132系列表现抢眼。
中微半导体近期也针对吸尘器运用,推出了以微掌握器CMS32M57xx为主控的低压无感FOC运用办理方案,采取无感FOC单电阻掌握办法,配置了自收敛直接闭环启动算法适应不同负载启动,亮点突出。
RISC-V内核领域先楫半导体的HPM6700系列也很有特色,高主频给FOC运算带来了明显的提升,内外环(电流环和位置速率环)的实行韶光表现很出色,能实现多电机同步、参数辨识等繁芜电机掌握算法与电流环的同步。
海内还有很多在BLDC掌握领域做得相称出色的厂商和产品,这里不一一列举,在低速带载、带载高速、IPM零速带载、无感器正反转切等难点上海内都有不错的办理方案。
小结
FOC算法的铺开,以其高效率上风对BLDC驱控硬件的性能哀求提高了不少,本钱上会赶过一筹,同时还须要电机参数相匹配。不过更为繁芜的FOC掌握为BLDC运用带来了更高的效率和更精准的掌握。在FOC已经成了各国内厂商BLDC标配的形势下,高集成度和更多的外设配置也成了BLDC掌握芯片竞争的重点。
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