发 帖  
原厂入驻New
申请华秋企业认证 多层板首单免费打样!
30s提交资料,10分钟通过审核(免费赔付+顺丰包邮)>>立即报名

[经验] 关于BLDC电机控制的所有信息:无传感器无刷直流电机控制器

2019-10-25 09:51:07  454 BLDC 无刷直流电机
分享
1
了解无传感器无刷直流电动机控制器,一些示例IC以及使用此类电动机的一些缺点。
有刷和无刷直流电动机的快速回顾无刷直流(BLDC)电机已比其前身有刷直流电机(参见下图)大受欢迎。顾名思义,“有刷”直流电动机使用电刷和换向器来控制电动机转子的运动。


图1.有刷直流电动机使用电刷和换向器。图片由克莱姆森大学提供。
再次,正如其名称所暗示的那样,无刷直流电动机不使用电刷。通过精心设计的驱动信号来控制电动机的运动。与有刷电机相比,无刷电机具有更高的可靠性,更长的使用寿命,更小的尺寸和更轻的重量。BLDC电动机在效率是至关重要的应用中变得越来越普遍,并且一般而言,BLDC电动机被认为是一种高性能电动机,能够在很宽的转速范围内提供大量扭矩。
某些BLDC电机使用霍尔效应传感器来检测电机转子相对于电机定子的位置(请参见下面的图2)。


图2.使用霍尔效应传感器的BLDC电机。图片由Nidec.com提供。
其他电机没有传感器。它们被称为无传感器BLDC电机。代替使用霍尔效应传感器确定转子的位置和/或速度,采用了一种称为反电动势的现象(请参见下面的图3)。


图3.使用反电动势的无传感器BLDC电机控制。图片由microchip提供(第4页)。无传感器BLDC电机控制无传感器BLDC电动机控制(有时称为BLDC电动机的无传感器梯形控制)使用反电动势(BEMF)来确定电动机转子(电动机旋转部分)相对于电动机定子(静止部分)的位置。
施加在电动机绕组上的电压会迫使电动机的转子转动。但是,转子在电动机磁场中的运动类似于发电机的行为,因此电动机不仅会接收施加的电压,还会产生自己的电压。该电压称为反电动势或反电动势,它与电动机的转速成正比。反电动势可用于确定电动机的转子速度和位置-无需传感器。通过反电动势控制电动机不是一件容易的事。大多数无传感器BLDC电机是通过微控制器,数字信号处理器或专用驱动器IC控制的。下图显示了典型的无传感器BLDC电机驱动器。


图4.典型的无传感器BLDC电机驱动器。
德州仪器(ti)的DRV10983是一款三相无传感器电机驱动器,具有集成功率MOSFET,能够提供高达2 A的连续驱动电流。它具有高度集成性,几乎不需要外部组件。


图5. TI的DRV10983无传感器BLDC电机控制驱动器。图片由Texas Instruments提供(第1页)。
并非所有无传感器BLDC电机控制器都集成了MOSFET。例如,考虑Allegro 的A4964。这部分需要使用外部N沟道功率MOSFET;它可以与微控制器结合使用,也可以作为独立的单芯片电动机控制器运行。


图6. Allegro的A4964无传感器BLDC控制器可以与微控制器一起运行,也可以作为独立的电机控制器运行。图片取自A4964 数据表。
如前所述,梯形有时在描述无传感器BLDC电机控制器时使用。而且,当查看下图时,很容易明白为什么:三个电机相中每相的电压波形均为梯形。


图7. microchip的AN970显示霍尔效应传感器波形和相应的反EMF梯形波形。图片由Microchip提供(第3页)。无传感器BLDC电机控制器的缺点当无传感器BLDC电动机的转子旋转时,其无传感器方案可以完美运行。但是,当电动机的转子固定时情况并非如此,这导致我们使用无传感器BLDC电动机的一个主要缺点。当电动机的转子不转动时,不会产生反电动势。如果没有反电动势,驱动电路将缺少正确控制电动机所需的信息。
针对此问题,德州仪器(TI)提供了两种解决方案,如其DRV10983数据表(第17页)所述:
  • 使用DRV10983的初始位置检测(IPD)功能“基于确定性电感变化确定转子位置,这在BLDC电机中经常存在”。
  • 或者,使用“ 对齐并移动”技术。通过这种方法,在相之一之间施加电压,以迫使转子进入已知的对准状态。
使用无传感器BLDC电机的另一个缺点与反电动势和角速度之间的关系有关。较低的速度意味着较少的反电动势,因此,在低速应用中,霍尔效应BLDC电动机可能比无传感器BLDC电动机更有效。
结论与标准有刷电动机相比,无刷直流电动机具有明显的优势。无刷直流实现可以是无传感器的,也可以基于集成在电动机中的霍尔效应传感器(第三个选择是使用外部角度位置传感器)。无传感器系统可降低成本,并减少驱动器模块与电机之间的互连;它们可能有些复杂,但是高性能集成电路有助于简化设计任务。尽管通常最好使用无传感器系统,但对于低速应用,使用霍尔效应传感器可能是更好的选择。

工藤新一Y 2019-12-4 18:45:03
多谢分享,好人一生平安……
回复

举报

评论

高级模式
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

发经验
关闭

站长推荐 上一条 /5 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表