【導(dǎo)讀】三相永磁無刷直流（以下簡稱“BLDC”）電機(jī)控制需要一個電子換向電路，而傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)是采用機(jī)械自換向的方式。與有刷直流電機(jī)不同，BLDC電機(jī)沒有電刷，無需定期維護(hù)或更換，因而不易受到磨損。我們將簡要介紹 BLDC 電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制，然后介紹三種換向方法：
● 梯形換向
● 磁場定向控制
● 直接扭矩和磁通控制
最后，我們會介紹一種創(chuàng)新的BLDC換向方法，可以以單個電機(jī)控制集成電路(IC)實(shí)施三種換向方法中的任何一種。
BLDC結(jié)構(gòu)
BLDC電機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式的電機(jī)，定子上有三相電樞繞組，轉(zhuǎn)子上有永磁體，與有刷直流電機(jī)的定子包含永磁體相反。BLDC轉(zhuǎn)子上的永磁體提供了一個恒定的磁場，使其成為一個高效率、高扭矩、低轉(zhuǎn)動慣量的電機(jī)。三相BLDC電機(jī)控制設(shè)計，可以采用分立元件或集成的功率模塊專用控制IC實(shí)現(xiàn)。集成的解決方案可以通過減少PCB面積和制造步驟來降低整體系統(tǒng)成本，提高可靠性，最少化物料單(BOM)元件，降低庫存成本，并促進(jìn)新逆變器設(shè)計方案快速重用迭代。
BLDC控制
一個含三相全橋的功率級和一個控制器構(gòu)成一個典型的三相BLDC電機(jī)驅(qū)動器。它們提供基于三個霍爾效應(yīng)傳感器的三相脈寬調(diào)制（PWM）信號--或者一個編碼器，為有傳感器工作提供位置反饋，或?yàn)闊o傳感器工作提供反電動勢信號感測。BLDC電機(jī)的定子繞組產(chǎn)生梯形反電動勢波形。
電子換向控制電路使用六步梯形和磁場定向控制 （FOC）（也稱為矢量控制的換向方法）確定 BLDC 電機(jī)的位置和速度。霍爾效應(yīng)傳感器和反電動勢傳感都提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的轉(zhuǎn)子位置感測方法。
圖1 BLDC體現(xiàn)霍爾傳感器位置
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
梯形換向
6步梯形換向法因其控制算法簡單，很受歡迎，這種方法在每個電機(jī)相上使用兩個功率開關(guān)器件，遵循預(yù)先確定的序列。三個霍爾效應(yīng)傳感器提供轉(zhuǎn)子位置信息，對控制電機(jī)速度非常有效。六個步驟的開關(guān)序列被確定為在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時實(shí)施兩個連續(xù)的電機(jī)相位（間隔60°）。
圖2 6步梯形控制波形
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
磁場定向控制
更適合高端應(yīng)用的有傳感器或無傳感器FOC，是一種更復(fù)雜的換向方法，具有更高的處理要求。基于電機(jī)電流反饋計算出的電壓和電流矢量對電機(jī)換向，實(shí)現(xiàn)速度和扭矩的精確動態(tài)控制，從而在寬工作范圍內(nèi)保持高效率。
直接扭矩和磁通量控制
DTFC是安森美(onsemi)和Theta Power Solutions, Intl (TPSI)共同合作開發(fā)的一種新穎獨(dú)特的、更高效的無傳感器BLDC電機(jī)換向方法。該方法使低速重載運(yùn)行的BLDC電機(jī)的磁通弱化，以提高高速能力并具有最小的扭矩紋波，非常適合制動算法，以對高慣性負(fù)載提供受控減速。
3合1的控制選擇
安森美的ecoSpin?系列可配置電機(jī)控制器可選用三種BLDC控制方法中的任何一種。ECS640A是個系統(tǒng)級封裝（SiP）方案，集成了一個Arm? Cortex?-M0+微控制器、三個檢測放大器、一個參考放大器、三個自舉二極管和一個為高速運(yùn)行而設(shè)計的高壓柵極驅(qū)動器。它驅(qū)動工作電壓高達(dá)600V的MOSFET和IGBT（FAN73896），并有六個柵極驅(qū)動器輸出，可向外部功率器件提供350mA/650mA（典型值）的柵極灌電流/拉電流，還集成霍爾傳感器，支持有傳感器或無傳感器工作。小尺寸和靈活的集成度使該器件非常適合與分立功率器件一起使用，以最大化擴(kuò)展性。
電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計人員會喜歡這種集成的解決方案，它使系統(tǒng)易于快速設(shè)置，不會因旋轉(zhuǎn)電機(jī)的細(xì)節(jié)疏漏而出錯，易于使用的圖形用戶界面簡化了代碼開發(fā)，加快產(chǎn)品面市。
靈活度和集成度
BLDC電機(jī)越來越受歡迎，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，需要采用最合適的換向方法。選擇BLDC電機(jī)控制器IC，提供最多換向選擇和高集成度的IC是有意義的。安森美的ECS640A電機(jī)控制器提供了這種靈活度，支持有傳感器和無傳感器應(yīng)用，包括白家電、制冷壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)、瓶裝冷卻器、暖通空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)和冷凝器、泳池泵、工業(yè)驅(qū)動和泵以及機(jī)器人。
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