先進(jìn)節能直流無(wú)刷電機控制器

通正弦PWM
僅依靠3個(gè)霍爾零件無(wú)法順利產(chǎn)生正弦波相電流控制信號，必須整合高分辨率的位置編碼器來(lái)輔助霍爾零件，以取得更精確的位置信息，如此方能產(chǎn)生所需的正弦波。但位置編碼器的高成本卻不是一般應用所能接受的，空間向量調制應運而生。

空間向量調制PWM（SVPWM）也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場(chǎng)軌跡為目的，用控制器不同的開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準圓磁通，由它們的比較結果決定控制器的開(kāi)關(guān)，形成PWM波形。此法從無(wú)刷電機的角度出發(fā)，把控制器和電機看作一個(gè)整體，以?xún)惹卸噙呅伪平鼒A的方式進(jìn)行控制，使直流無(wú)刷電機獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通)。

具體方法又分為磁通開(kāi)環(huán)方式和磁通閉環(huán)方式。磁通開(kāi)環(huán)法用兩個(gè)非零向量和一個(gè)零向量合成一個(gè)等效的電壓向量，若采樣時(shí)間足夠小，可合成任意電壓向量。此法輸出電壓比正弦波調制時(shí)提高15％，諧波電流有效值之和接近最小。磁通閉環(huán)方式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。在比較估算磁通和給定磁通后，根據誤差決定產(chǎn)生下一個(gè)電壓矢量，形成PWM波形。這種方法克服了磁通開(kāi)環(huán)法的不足，解決了直流無(wú)刷電機低速時(shí)，定子電阻影響大的問(wèn)題，減小了電機的震動(dòng)和噪聲。

在飛兆半導體產(chǎn)品中，有一系列無(wú)刷電機應用參考電路。其中，控制單元(Motor Control IC)-FCM8201/02具備著(zhù)方波/弦波兩種驅動(dòng)方式，可依不同產(chǎn)品用途擇一使用及多種保護功能，有別于一般MCU單元需要軟件撰寫(xiě)的能力方能設計使用，降低開(kāi)發(fā)技術(shù)門(mén)檻，并可大幅的縮短廠(chǎng)商產(chǎn)品開(kāi)發(fā)量產(chǎn)時(shí)程。其他的如飛兆半導體智能功率模塊 (SPM) (IGBT/MOSFET,HVIC)、PFC、電源管理IC等，飛兆半導體皆可快速提供完整的方案。

在不同的應用場(chǎng)合及產(chǎn)品中，方波驅動(dòng)具有低切換損失以及不需要精確的轉子反饋等優(yōu)點(diǎn)。但隨之而來(lái)的是轉矩脈動(dòng)較大，較適合在大能量輸出場(chǎng)合使用。如載具、泵、工具機、工業(yè)用風(fēng)扇及室外型產(chǎn)品。

弦波驅動(dòng)無(wú)刷電機有運轉平順及無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪聲的優(yōu)勢，較適合場(chǎng)合:吸塵器、空調、冰箱、洗衣機、洗碗機、家用風(fēng)扇等家用產(chǎn)品。

家用風(fēng)扇
無(wú)葉風(fēng)扇、空氣循環(huán)扇、一般家用落地扇、臺扇、吊扇……追求的要點(diǎn)是室內空氣循環(huán)，搭配空調增加效率、自然風(fēng)、靜音，已經(jīng)跳開(kāi)以往直吹的觀(guān)念，追求的是更加舒適的生活。以往交流電機要達到相同的功能及效率需要付出額外的控制線(xiàn)路及電機材料、體積提升因此成本結構會(huì )大幅增加。直流無(wú)刷電機在具備效率及生產(chǎn)優(yōu)勢上，且具有控制單元很容易將智能功能加入來(lái)達到舒適家居生活的目的。

圖3

為了避免通過(guò)的電流量不堪負荷，造成芯片的損壞，并有更好的保護功能，FCM82XX系列內置OCP(Over Current Protection)的設計回路。目的是讓過(guò)電流的情況下，芯片還能夠受到完整的保護。

過(guò)電流保護
FCM8201/02提供三階段的過(guò)電流保護。

第一階段稱(chēng)過(guò)載電流保護(Over-load Current Protection) ，保護動(dòng)作的門(mén)檻電壓(VOCP_OL)為1.4V。第二階段為PWM每一周期的電流保護(Cycle-by-cycle Current Protection)，保護動(dòng)作的門(mén)檻電壓(VOCP_CYC)為1.5V。最后階段則是短路電流保護(Short Circuit Current Protection)，保護動(dòng)作的門(mén)檻電壓(VOCP_SH)為2.5V。

圖4

結論
在這個(gè)電力缺乏與環(huán)保意識抬頭的年代，降低核能發(fā)電已是所有人共同努力的目標，對于高效能電機驅動(dòng)的需求也逐漸被社會(huì )大眾所接受，當然電機控制芯片的設計要求也越來(lái)越高。比如，BLDC或PMSM電機的無(wú)傳感器、霍爾傳感器以及高階電機驅動(dòng)器的無(wú)傳感器與PFC都是未來(lái)的發(fā)展趨勢。提供完整的設計方案與仿真軟件，除了可以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的時(shí)程，還能將電機驅動(dòng)達到最優(yōu)化的效率，才能有效的縮短產(chǎn)品上市的周期。