免软件控制 简化电机驱动

随着先进的三相BLDC电机驱动IC能够提供无软件控制的出现,大大简化风扇电机驱动应用而不影响控制、能效和可靠性等重要性能成为可能。

单相感应电机和单相无刷直流(BLDC)电机已存在多年,广泛部署于家用电器(如冰箱)、工业空调系统以及其他众多应用-提供一个相对便宜的方法驱动风扇。虽然这类实施代表物料成本很低,这是一种错误的省钱方式,因为低能效的工作普遍存在于电机意味着相关功耗将处于高水平,因此电费会更贵。此外,对于单相BLDC电机,还要考虑产生相当大的噪声引起的麻烦。较强的国际环境立法的建立,再加上更多的消费者意识到能效,导致了从过时的固定速度的单相感应电机转向可调速同步电机发展。

精密的三相BLDC电机的实施在当今更注重节能的时代正变得越来越有吸引力。这些器件无需机械换向器(而对有刷电机是必备的)。因此它们不易机械磨损,从而能够提供高可靠度和更长的使用寿命,以及支持更高的能效水平。

为了产生将意味着正确的转矩施加到磁转子的旋转磁场,驱动器必须能够不断确定转子相对于定子线圈的方向和位置。这当然可以使用霍尔效应办到。一个控制电路包括用于定位的3个霍尔传感器(彼此之间相差120度),使得它可以最佳性能驱动BLDC电机。从这些传感器中获得的数据,表明转子的位置。通过精确的时间,实现准确的速度和转矩控制-从而显著提升单相电机控制的能效。光学编码器提供了另一种获得所需的位置反馈的方法,但这些都不是特别强固。一般来说,这类器件不能应对恶劣的应用环境,在这些环境下,可能会容易受到冲击、振动或有异物存在。

通过微控制器单元(MCU)负责转子定位,通过测量当转子永磁体经过时各定子绕组的反电势,可以采用无传感器控制方法,无需像以前那样依赖霍尔传感器技术。近年来这种无传感器法已经获得了越来越多的吸引力,特别是随着微MCU的价格持续下降。它产生了更简化和紧凑的系统,需要指定的元件更少,并大大减少占板面积。采用这种结构装配电机,因而更好地解决如今定义现代电子设计的严格的空间和预算限制。

虽然这一切听起来都很有优势,但仍然有关于MCU部署的问题。尤其是现在,在要求安静、平滑的电机驱动应用中,简单的梯形驱动波形开始被更先进的正弦波形替代。(从而使电机运行速度更快、更平滑,以及降低功耗)。无传感器电机控制需要开发本质上复杂的驱动系统,在许多情况下可超出经验不那么丰富的工程师的范围(甚至可能考验经验相当丰富的工程专业人员的能力)。深入的软件开发和代码生成的知识几乎是必需的。此外,可能需要评估然后根据电机的物理/电气特性随后调整一系列不同的参数的能力(例如,反电动势正比于转子的转速,通过这种方法产生足够的反电势以控制电机所需的速度将各不相同)。所有这一切不仅对项目所分配的工程团队带来明显的压力,还有可能延长设计周期,从而耽搁了产品的推出。

图1:3相电机驱动的传统设置 – 使用3个霍尔传感器(左);使用无传感器方案(右)

现在已经出现了三相电机控制的替代策略,它没有部署传统的光电编码器传感器的高成本的影响,或配合无传感器、以微控制器为中心的方案的复杂的软件开发工作。有了这种新的方法,电机依赖于一个单一的霍尔传感器。这产生一个时序信号,以用计数器硬件测量的脉冲之间为周期。这可以被用来获得电机的转速,基于此的序列硬件能够产生一个PWM脉冲产生一定的电压水平,建立有关查找数据表的正弦电压波形的一部分。这意味着,一个特定的正弦电压激励周期是由前一周期到下一控制周期的结果确定。

因此,无需进行软件开发,或解决通常地参数调整的困难。推出这类“免”软件的部署,无需MCU,意味着现代风机系统所需的BLDC电机可以更简单、快速的实施。从而可看到三相BLDC工作的低噪声和高能效的优势,没有以前需要克服的技术障碍的顾虑。

图2:无软件3相电机控制采用LV8813驱动器IC

基于这种方法,安森美半导体已开发出开创性的三相BLDC电机驱动IC,能够提供现在很多工程师所需的无软件控制。LV8813电机驱动器IC能够显著简化风机电机驱动,无需复杂的MCU控制。该IC只需要单个器件,而不是三个霍尔传感器来获取转子位置。速度反馈控制功能已被嵌入到LV8813及额外的速度调节器IC–安森美半导体的LB8503 –支持电机以精确和响应控制的速度运行。从连接的热敏电阻或电位器获得的电压电平数据有助于控制电机的速度。引线角度控制参数可通过电压输入配置,以帮助最大限度地提高驱动能效,并随后通过该IC的外部引脚调整。此外,该器件根据电机的物理特性和应用的负载特性优化功耗。它提供了一个比采用180度换向的竞争IC更高的最大电流规格和更低的导通电阻。采用20引脚的TSSOP封装,尺寸仅6.95mm X 4.4mm,该紧凑的器件非常适用于家用电器、投影仪、台式电脑等的冷却风扇。

图3:LV8813电机驱动器IC的功能模块框图

测试表明,正弦驱动比传统的梯形驱动降低了声学噪声以及震动。由于所需的嵌入式系统不那么复杂,它缩短了上市时间,并支持分配更少的开发资源。它让工程师们能够实现快速,以便他们可以不至于太重的工作量解决成本敏感的有紧迫期限的消费类应用。这意味着OEM厂商可以将更高能效和更低噪声的产品推出市场,同时也减少开发成本/时间。

总结

多年来,用于冰箱等应用的各种驱动风扇电机的方法都会在性能或设计折中。虽然三相BLDC的方案从能效、功耗、噪声、磨损和特定部署的磨损等标准的角度来看,提供了比单相设计重要的优势,但也创建了一系列新的潜在问题如需要传感器或光电编码器,或在无传感器实施的情况下,需要复杂的和令人费解的软件开发。

随着先进的三相BLDC电机驱动IC能够提供无软件控制的出现,大大简化风扇电机驱动应用而不影响控制、能效和可靠性等重要性能成为可能。


评价!您认为该篇文章:

非常好          一般           没有价值

无需注册,直接提交,定期抽奖,祝您好运!

  • 转发至:
  • 收藏到QQ书签

相关报导