將無(wú)傳感器BLDC 電機(jī)控制引入低成本應(yīng)用

作者：時(shí)間：2016-12-19 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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圖2：反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零

利用幾個(gè)配置為比較器的運(yùn)放，可輕松實(shí)現(xiàn)該方法。但是，該方法中存在幾個(gè)問(wèn)題。首先，反電動(dòng)勢(shì)通常小于VBUS，因此過(guò)零事件不一定發(fā)生在VBUS/2。此外，每相的特性可能不同，因此一個(gè)相的過(guò)零反電動(dòng)勢(shì)電壓可能與其他相的過(guò)零反電動(dòng)勢(shì)電壓不同。最后，這個(gè)過(guò)于簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)出現(xiàn)正負(fù)相移。

在實(shí)際電機(jī)中，過(guò)零閾值電壓變化很大。幸運(yùn)的是，這個(gè)變化的閾值電壓等于電機(jī)中性點(diǎn)電壓，因?yàn)殡姍C(jī)中性點(diǎn)是全部三相反電動(dòng)勢(shì)的平均值。因此，只要任一相的反電動(dòng)勢(shì)等于電機(jī)的中性點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生過(guò)零事件且控制器需要換向。這可以通過(guò)電阻和運(yùn)放完成，或者使用控制器自身的ADC模塊和軟件實(shí)現(xiàn)。利用可編程控制器（如dsPIC DSC），每相的反電動(dòng)勢(shì)都可以使用ADC模塊采樣，并且利用三個(gè)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的平均值可輕松使用軟件重建中性點(diǎn)。隨后，軟件可將該值與檢測(cè)到的三相的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較，并檢測(cè)過(guò)零事件何時(shí)發(fā)生。發(fā)生過(guò)零事件后，控制器使電機(jī)換向，然后整個(gè)過(guò)程重復(fù)執(zhí)行。因此，通過(guò)使用電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和檢測(cè)過(guò)零，可從系統(tǒng)中除去傳感器，同時(shí)保持相同的性能水平。

在實(shí)際系統(tǒng)中，無(wú)傳感器運(yùn)行方式還會(huì)遇到其他困難。首先，在低速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)非常小，很難檢測(cè)到。因此，在電機(jī)開(kāi)始快速旋轉(zhuǎn)，快到產(chǎn)生足夠大的反電動(dòng)勢(shì)以在無(wú)傳感器模式下運(yùn)行前，控制器必須猜測(cè)轉(zhuǎn)子位置?？绍浖幊痰目刂破魇瓜到y(tǒng)啟動(dòng)方式可根據(jù)特定應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整，從而減少此問(wèn)題的影響。另一個(gè)問(wèn)題是MOSFET的開(kāi)關(guān)噪聲。由于MOSFET通過(guò)開(kāi)關(guān)操作來(lái)更改每相的電壓，這會(huì)將噪聲引入到由控制器ADC模塊檢測(cè)的反電動(dòng)勢(shì)中。需要過(guò)濾掉這種噪聲，以精確重建每相的反電動(dòng)勢(shì)。DSC的處理器內(nèi)建DSP引擎，可輕松處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波和消除開(kāi)關(guān)噪聲所需的計(jì)算。其他挑戰(zhàn)來(lái)自特定設(shè)計(jì)的特性。但是，使用可軟件編程的控制器通常會(huì)使這些挑戰(zhàn)更容易解決，就像本文提及的兩個(gè)問(wèn)題的解決方案一樣。

通過(guò)示例進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)使得學(xué)習(xí)新技術(shù)更為容易。專(zhuān)為無(wú)傳感器BLDC控制定制的開(kāi)發(fā)工具大大簡(jiǎn)化了學(xué)習(xí)過(guò)程并加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。過(guò)去，利用開(kāi)發(fā)工具學(xué)習(xí)需要付出昂貴的金錢(qián)和時(shí)間成本。市場(chǎng)上的新工具正在改變這一局面。例如Microchip的電機(jī)控制入門(mén)工具包，其成本低于100美元，而且包括詳細(xì)的應(yīng)用筆記、示例軟件和硬件原理圖（見(jiàn)圖3）。電機(jī)控制器供應(yīng)商（包括Microchip）通常會(huì)在其網(wǎng)站上提供免費(fèi)的軟件和硬件文件，使學(xué)習(xí)過(guò)程更輕松。

圖3：低成本無(wú)傳感器BLDC開(kāi)發(fā)工具包

總之，無(wú)傳感器BLDC控制允許從系統(tǒng)中除去傳感器及相關(guān)接線。利用新的開(kāi)發(fā)工具和電機(jī)控制器，學(xué)習(xí)如何將無(wú)傳感器控制添加到系統(tǒng)中比以往更容易。電機(jī)控制器供應(yīng)商的應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了無(wú)傳感器算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提供示例軟件對(duì)理論進(jìn)行補(bǔ)充。過(guò)去售價(jià)數(shù)百美元的開(kāi)發(fā)工具現(xiàn)在不到100美元，而且實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器電機(jī)控制算法所需的硅器件批量訂購(gòu)時(shí)的單價(jià)現(xiàn)在也僅約1美元。隨著電子電機(jī)市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)BLDC電機(jī)系統(tǒng)的需求也將增長(zhǎng)且成本壓力將上升。無(wú)傳感器技術(shù)正率先滿足這些新需求。