基于XC866的直流無(wú)刷電機簡(jiǎn)易正弦波控制

　　計算公式如下：。其中：f為電頻率，P為電機極對數

　　角度估算

　　與方波控制不同，正弦波控制中角度為連續變化，而B(niǎo)LDC中常見(jiàn)的3個(gè)霍爾傳感器僅僅能提供6個(gè)角度信息，即0°，60°，120°，180°，240°，300°，其他角度信息無(wú)法直接獲得。通常采用平均速度法，假設在一定時(shí)間內電機速度平穩，利用前次霍爾換相時(shí)的角度與速度信息插值得到其他角度信息，如圖8所示。

圖8 角度估算

　　，由此可見(jiàn)電機的轉速波動(dòng)將直接影響角度計算的誤差，在方案中利用相鄰3次180°換相時(shí)間的平均值來(lái)計算轉速信息，如圖9。

圖9 多次平均法計算轉速

　　即，以此減少轉速波動(dòng)引起的角度誤差。

　　轉速PI

　　轉速控制采用PI調解器，輸入為轉速給定及轉速反饋，輸出為開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM的幅值Modulation。公式如下：

　　其中：y為PI調解器輸出。具體實(shí)現時(shí)，積分環(huán)節添加抗積分飽和功能，限制積分器輸出的最大、最小值，同時(shí)對整個(gè)PI調解器的輸出值增加飽和限制，實(shí)現框圖如下。

圖10 PI調解器框圖

　　啟動(dòng)

　　直流無(wú)刷電機啟動(dòng)之前，轉子處于靜止狀態(tài)，僅僅能利用霍爾傳感器得到電機的絕對位置信息，由于不存在換相，無(wú)法得到電機轉速信息，因此無(wú)法利用平均速度法計算正弦控制所需的角度信息。所以在電機啟動(dòng)階段，無(wú)法直接切入正弦控制方式，在此采用方波控制方式啟動(dòng)。當電機啟動(dòng)后并獲得可靠的換向信息后，即可切入正弦波控制。為了防止出現較大的轉速波動(dòng)，需要注意切換前后電流的相位及幅值均平穩過(guò)渡。

　　理想切換前后的電流波形圖11如下。

　　超前角調整

　　由前面內容可知，霍爾傳感器的輸出反映轉子的反電勢信息，依據霍爾狀態(tài)生成的正弦波相電壓與轉子反電勢同相位。而由于電機為感性負載，因此電機相電流滯后于相電壓。即電機相電流滯后于反電勢。而霍爾最大轉矩輸出時(shí)，電機相電流與反電勢同步，因此需要調整電壓相位，使生成的相電壓超前于反電勢，即超前角Δ。適當調整Δ，可使相電流與反電勢同相位，提高輸出轉矩，提高系統效率。超前角的調整可通過(guò)實(shí)驗形式手動(dòng)調整，或者采用一定的算法自動(dòng)調整。

圖11 方波控制向正弦波控制的理想切換

　　實(shí)驗結果

　　本文提出的控制方法具體實(shí)現時(shí)采用Infineon的高性能 8位單片機XC866。XC866內部集成專(zhuān)用電機控制單元CCU6E（提供專(zhuān)用BLDC控制模式）以及高性能ADC模塊，是控制直流無(wú)刷電機的理想選擇。電機為一臺額定功率35W的直流無(wú)刷風(fēng)機，極對數：4。啟動(dòng)時(shí)采用方波控制，當速度平穩后切入正弦波控制。圖12為運行于開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM控制下的電機相電流。

圖12 采用開(kāi)關(guān)損耗最小正弦波控制的BLDC相電流

　　小結

　　本文介紹了一種基于開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM的直流無(wú)刷電機正弦波控制方案，并基于InfinEON高性能8位單片機XC866進(jìn)行了系統實(shí)現及驗證。與傳統的方波控制相比，由于采用正弦波驅動(dòng)技術(shù)，電機運行噪聲低，且開(kāi)關(guān)損耗較SPWM減少1/3，可以很好的滿(mǎn)足直流無(wú)刷風(fēng)機應用中對噪聲以及效率的要求，因此此類(lèi)控制方案將有很大的應用前景。