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无刷直流(BLDC)电机控制解决筹划_电机_传感器

南宫静远 2024-12-24 12:25:23 0

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BLDC电机由于肃清了传统直流电机换向时利用的电刷而具有显著的可靠性。
刷子磨损,降落了电机的性能,终极必须改换。
相反,在额定参数范围内运行时,BLDC电机的预期寿命可超过10,000小时或更长。
与传统装置比较,这种寿命以及随后的掩护和备件本钱的降落可以抵消电机的较高初始本钱。

BLDC电机正在进入最具本钱意识的运用领域。
例如,在汽车领域,BLDC电机的利用正在飙升。
汽车制造商尤其被电机在机器事情中转换电能的效率所吸引,这有助于降落对车辆电力系统的需求(图1)。
根据剖析师IMS的研究,到2018年,6亿只BLDC电机将用于内燃机驱动的轻型车辆,

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BLDC电机的这种兴趣匆匆使芯片供应商为该单元的电子掌握系统开拓定制的单片芯片。
本文将详细先容BLDC电机掌握芯片 - 用于驱动逆变桥的设备,终极激活电机线圈并掌握速率和方向等参数。

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(图片来自网络侵删)

减少霍尔传感器故障

飞兆半导体公司拥有BLDC电机掌握的悠久历史,最近推出的FCM8201芯片仍在连续。
该器件专为感应BLDC电机掌握而设计。
(传感电机须要霍尔效应传感器来指示线圈位置以赞助电子换向序列)。

FCM8201的关键技能进步是它可以选择脉冲宽度调制(PWM)模式。
有两种PWM模式可供选择:正弦波模式和方波模式。
方波模式包括PWM-PWM和PWM-ON技能,可提高电机驱动效率。

Fairchild阐明说,该器件还内置霍尔旗子暗记调节电路,可为每个传感器旗子暗记输入产生3至6μs的“去抖”韶光。
该电路减少了霍尔传感器旗子暗记转换缓慢时可能涌现的毛刺 - 以及随后的缺点。

FCM8201可以在没有外部微掌握器(MCU)的独立配置中利用,或者如果设计职员想要添加比标准设备支持更多的电机掌握功能,则可以通过串行外设接口连接外部MCU( SPI)接口。
图2显示了FCM8201的范例独立运用电路。
只需几个外围元件即可完成BLDC电机掌握电路。

利用电机磁通进行无传感器掌握

无传感器BLDC电机取消霍尔传感器,而是依赖电机迁徙改变时产生的反电动势的大小来估算线圈位置并确定精确的换向顺序。

无传感器掌握是一种盛行的技能,由于它简化了电机的机器设计,但一个缺陷是电机静止时不会产生反电动势,而电机低速运行时则很少。
这使得掌握器难以确定线圈的位置。

针对低本钱BLDC安装,德州仪器(TI)推出了InstaSPIN-BLDC电机掌握技能来办理这一问题。
该公司表示,InstaSPIN-BLDC是一种无传感器掌握技能,在50多种不同电机类型的现场测试中,能够在不到20秒的韶光内启动和运行每台电机。
简而言之,TI将InstaSPIN-BLDC描述为在三相BLDC电机上实行无传感器换向的软件方法。
据该公司称,它的上风包括电机调试非常快速,纵然在低速时也能实现强大的掌握,以及超越速率扰动的卓越能力。

与基于反电动势过零时序的其他无传感器BLDC掌握技能不同,InstaSPIN-BLDC监控电机的磁通量,以确定何时换向电机。
在自由图形用户界面(GUI)的帮助下(图3),用户在绘图窗口中确定通量旗子暗记,并设置“通量阈值”滑块以指定电机应换向的通量水平。
TI表示,可以通过不雅观察GUI上显示的相电压和电流波形来验证最佳换向。

图3:TI的InstaSPIN-BLDC利用一个免费的GUI来启用设计工程师为快速电机启动设置磁通阈值。

与磁通信号不同,低传感器BLDC电机在较低速率下产生的低反电动势旗子暗记导致较差的信噪比(SNR)性能。
该公司声称InstaSPIN-BLDC可在低速下实现更平稳的操作,纵然在重负载下也能供应更可靠的电机启动。

TI为其InstaSPIN-BLDC供应培训模块。
该公司还供应利用DRV8312/32 BLDC电机驱动器的三相BLDC电机套件(DRV8312-C2-KIT)和带有F28035 controlCARD子系统的Piccolo MCU,以运行无传感器InstaSPIN-BLDC技能。
该公司发布了一份运用报告,详细解释了如何设置系统。

设计的灵巧性

一些制造商供应没有集成处理器的驱动芯片,以便熟习特定MCU的设计职员利用该设备进行监督电路。
或者,与上述Fairchild芯片的情形一样,一些供应商许可设计职员通过添加更强大的外部MCU来覆盖内部处理器。

传感器和无传感器BLDC电机的上风在于它们越来越多地运用于以前由传统电机主导的运用。
虽然比后者更昂贵,但这种前期用度可以抵消较低的掩护本钱和BLDC电机的较龟龄命。

希望利用这些轻巧,紧凑,功能强大的电机的设计职员会创造,通过引入紧张芯片供应商的芯片和设计工具,掌握系统设计变得更加随意马虎。
还有一些选项可以让设计师在设计中得到更大的灵巧性,从而增加将终极产品与竞争对手区分开来的机会。

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