你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

使用無刷直流電機加速設(shè)計周期的 3 種方法

發(fā)布時間:2021-10-22 責任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】全球都在致力降低功耗,且勢頭愈來愈烈。許多國家/地區(qū)都要求家用電器(如圖 1 所示)滿足相關(guān)組織(如中國標準化研究院 (CNIS)、美國能源之星和德國藍天使)制定的效率標準。為了滿足這些標準,越來越多的系統(tǒng)設(shè)計人員在設(shè)計中放棄了簡單且易用的單相交流感應(yīng)電機,轉(zhuǎn)而采用更節(jié)能的低壓無刷直流 (BLDC) 電機。為了實現(xiàn)更長的使用壽命和更低的運行噪音,掃地機器人等小型家電的設(shè)計人員也轉(zhuǎn)而在他們的許多系統(tǒng)中使用更先進的 BLDC 電機。同時,永磁技術(shù)的進步正不斷簡化 BLDC 電機的制造,在提供相同扭矩(負載)的同時減小系統(tǒng)尺寸,還可以提高效率和降低系統(tǒng)噪音。

 

使用無刷直流電機加速設(shè)計周期的 3 種方法

圖 1:常見家用電器

 

設(shè)計使用 BLDC 電機的系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性,因為通常需要復(fù)雜的硬件和優(yōu)化的軟件設(shè)計來提供可靠的實時控制。加快設(shè)計周期的一種選擇是采用專業(yè)供應(yīng)商提供的 BLDC 電機模塊,但這些模塊并未針對特定系統(tǒng)的需求進行優(yōu)化。因此,為了構(gòu)建優(yōu)化的高性能系統(tǒng)來滿足特定應(yīng)用需求,仍然需要深入了解電機設(shè)計和控制,即便使用模塊也是如此。在本文中,我將介紹三種方法,這些方法在加快 BLDC 電機系統(tǒng)設(shè)計的同時,還可以提供更為智能小巧的節(jié)能解決方案。

 

方法一:無需編程無傳感器控制

 

無需編程的電機驅(qū)動器包括內(nèi)置的控制換向算法,因此無需進行電機控制軟件的開發(fā)、維護和認證。這些電機驅(qū)動器通常從電機獲取反饋(例如霍爾信號或電機相位電壓和電流信號),實時計算復(fù)雜的控制方程以確定下一個電機驅(qū)動狀態(tài),并為柵極驅(qū)動器或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 等模擬前端組件提供脈寬調(diào)制信號(如圖 2 所示)。

 

使用無刷直流電機加速設(shè)計周期的 3 種方法

圖 2:典型的無傳感器 BLDC 電機系統(tǒng)

 

使用集成了無傳感器控制功能的電機驅(qū)動器(例如具有磁場定向控制 (FOC) 功能的 MCF8316A 電機驅(qū)動器)進行實時控制時,電機中無需霍爾效應(yīng)傳感器,因此可以提高系統(tǒng)可靠性并降低系統(tǒng)總成本。無需編程的電機驅(qū)動器還可以管理重要功能(如電機故障檢測),并實施保護機制,使整個系統(tǒng)設(shè)計更加可靠。這些器件可以附帶美國保險商實驗室等認證機構(gòu)實現(xiàn)的預(yù)認證控制算法,使原始設(shè)備制造商能夠縮短其家用電器的設(shè)計時間。

 

方法二:使用智能電機控制功能輕松調(diào)諧電機

 

系統(tǒng)性能參數(shù)要求(如速度、效率和噪聲)很難通過調(diào)諧 BLDC 電機來解決。該問題可通過開發(fā)一種無傳感器梯形控制算法來解決,其中,換向由電機的反電動勢電壓決定,使調(diào)整操作不受電機參數(shù)限制。集成了無傳感器梯形控制功能的集成電機驅(qū)動器(例如 MCT8316A)可以提供優(yōu)化的系統(tǒng)性能,而無需使用復(fù)雜的接口連接微控制器。此外,請注意,在電機調(diào)諧過程中,集成電機驅(qū)動器會提供反饋信號,例如示波器上顯示的電機相電壓、電流和電機轉(zhuǎn)速。

 

在無傳感器 FOC 算法中,由于集成了先進控制技術(shù),因此可以顯著加快電機調(diào)諧,例如,通過自行測量電機參數(shù)或自動執(zhí)行控制環(huán)路的調(diào)諧等方式加快速度。引導(dǎo)式調(diào)諧圖形用戶界面 (GUI) 提供默認的電機啟動選項(如圖 3 所示),有助于順利完成調(diào)諧過程并盡快使電機旋轉(zhuǎn)起來。無需編程的電機驅(qū)動器(例如用于 FOC 的 MCF8316A 和用于梯形控制的 MCT8316A)包括用于電機啟動以及閉環(huán)和電機停止操作的多個可配置選項。借助這些選項,在幾分鐘內(nèi)就能優(yōu)化電機性能,顯著縮短了設(shè)計周期。

 

使用無刷直流電機加速設(shè)計周期的 3 種方法

圖 3:引導(dǎo)式調(diào)諧 GUI

 

方法三:減小尺寸

 

對許多系統(tǒng)設(shè)計人員來說,BLDC 系統(tǒng)硬件構(gòu)建工作都很吃力。一個典型的系統(tǒng)需要柵極驅(qū)動器、MOSFET、電流感應(yīng)放大器、電壓感應(yīng)比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。大多數(shù)系統(tǒng)需要專用的電源架構(gòu)(包括低壓降穩(wěn)壓器或直流/直流降壓穩(wěn)壓器等器件)為板上的所有組件供電。集成的 BLDC 驅(qū)動器結(jié)合了所有這些組件,提供了一個緊湊但易于使用的解決方案,如圖 4 所示。

 

使用無刷直流電機加速設(shè)計周期的 3 種方法

圖 4:完全集成的 BLDC 電機解決方案

 

具有集成控制功能的電機驅(qū)動器包含保護功能,例如針對 MOSFET 的過流和過壓保護以及溫度監(jiān)測,使設(shè)計人員能夠輕松提供強大的解決方案。對于功耗小于 70W 的電機應(yīng)用,例如掃地機器人、家用吊扇或者是洗衣機中使用的泵,可以選擇具有集成 MOSFET 的器件來進一步減小布板空間。MCF8316A 和 MCT8316A 器件在 24V 應(yīng)用中支持高達 8A 的峰值電流。對于大功率應(yīng)用,可以將功率 MOSFET 放置在板上,使柵極驅(qū)動器和電機控制功能集成到單塊芯片中。

 

本文中討論的概念有助于加快系統(tǒng)設(shè)計周期,同時提供更為小巧、智能的 BLDC 電機系統(tǒng)。借助于 MCF8316A 和 MCT8316A 等無需編程無傳感器的 BLDC 電機驅(qū)動器,可以快速設(shè)計出優(yōu)化的高性能實時控制系統(tǒng)。這些器件可以為 24V 應(yīng)用提供高達 70W 的功率。憑借集成的智能控制技術(shù),這兩款電機驅(qū)動器都很容易調(diào)諧,可用于實現(xiàn)高性能和可靠的系統(tǒng)解決方案,是構(gòu)建下一個基于 BLDC 的低電壓節(jié)能型系統(tǒng)時的理想選擇。

 

 

免責聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。

 

推薦閱讀:

 

無刷直流 (BLDC) 電機設(shè)計:新起點

強強聯(lián)合!Digi-Key開售Siemens的自動化和控制產(chǎn)品

NSA5311在磁傳感器中應(yīng)用

數(shù)字隔離芯片的PD參數(shù)出廠測試為什么是必要的?

輸出電流能力高達250A的可擴展智能DC/DC電源模塊

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉