無(wú)傳感器、無(wú)電刷的電動(dòng)機控制設計實(shí)現

　　對於無(wú)電刷直流電動(dòng)機，軟件方面包括∶

　　—設有閉環(huán)速度與電流限制的電動(dòng)機控制

　　—電動(dòng)機從任何位置啟動(dòng)，采用一個(gè)對準過(guò)程從而知道初始的轉子位置，需要正確的饋電次序。

　　—反電動(dòng)勢檢測、與PWM同步，減小由於PWM信號在現用相上通電時(shí)因為互感和電容所造成的干擾。

　　—在運行過(guò)程中計算及更新?lián)Q向時(shí)間，使到萬(wàn)一找不住零交點(diǎn)時(shí)可以作出修正動(dòng)作。

　　—起動(dòng)過(guò)程要顧及低速、預定的換向時(shí)序；這是需要的，因為在低轉速時(shí)，比如當啟動(dòng)電動(dòng)機時(shí)，反電動(dòng)勢的幅度太小以致難以檢測。

　　對於永磁同步電動(dòng)機，軟件包括∶

　　—電動(dòng)機控是依據場(chǎng)定位控制（FOC），這是用來(lái)維持定子與轉子磁通於正交位置，以增大轉矩效率。

　　—有稱(chēng)為滑動(dòng)模式觀(guān)測器（SMO）的反電動(dòng)勢估計器，其輸出用來(lái)計算轉子位置和速度等資料。

　　—速度與電流閉合環(huán)路，分別有更佳的速度與轉矩性能。

　　聰明功率模塊

　　除了實(shí)現位置估計算法外，設計電動(dòng)機控制器的功率級是對工程師尋找一個(gè)快速和劃算的方案又是另一個(gè)重大挑戰，尤其功耗和與大電流高電壓工作相關(guān)的干擾影響。即使是一位富經(jīng)驗的設計師也要付出相當的思量和勞力，例如要將布局優(yōu)化處理，才可減少功率開(kāi)關(guān)的連帶效果。其中一個(gè)更專(zhuān)門(mén)的部份是為功率開(kāi)關(guān)設計的驅動(dòng)管，這會(huì )用MOSFET或IGBT制造，視乎所需的電壓額定值來(lái)決定。

　　要解決種種挑戰，有些制造商供應完備的模塊，內里將所需的功率開(kāi)關(guān)與驅動(dòng)器和界面電路整合，只需電動(dòng)機控制輸入信號，還有電源直接驅動(dòng)電動(dòng)機便可以了。設計范圍已縮小至一個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)程 ─ 找一個(gè)大小符合於功率額定值的散熱器。布線(xiàn)上經(jīng)已在模塊內里優(yōu)化，減少連線(xiàn)長(cháng)度，減少功率損失、以及電容/電感的副作用，除此以外，電源結構相對於分立式方案更為簡(jiǎn)化，導致到整個(gè)設計更加緊密。

圖4. International Rectifier的智能電源模塊結合了數字電路和大功率驅動(dòng)器

　　譬如Fairchild推出的聰明功率模塊FCBS系列，就包括有集驅動(dòng)、保護、系統控制等功能一身的500V MOSFET逆變器。如圖3所示，HVIC技術(shù)使到單電源MOSFET門(mén)驅動(dòng)能力上不需用光電耦合器，這有助於縮減全部?jì)沙傻陌迕?。元件安裝在低熱阻陶瓷襯底上。有效地排除熱力至模塊的表面，此處可連接散熱器。綜合保護方面包括欠壓封鎖和短路保護，而分開(kāi)的負DC線(xiàn)端提供單腳電流*。

　　International Rectifier（IR）以其智能功率模塊（IPM）解決了合乎經(jīng)濟效益的無(wú)電刷電動(dòng)機設計，特色是高度集成化，將IR專(zhuān)利的三相門(mén)驅動(dòng)器和高效率的溝道IGBT技術(shù)集合於單列直插式組件上，如圖4所示，一個(gè)IPM便替代超過(guò)20個(gè)分立元件，IR采用絕緣金屬襯底技術(shù)，提高熱效能，減少EMI干擾，這樣為節能用具和由變速電動(dòng)機驅動(dòng)的輕工業(yè)設備造就了一個(gè)完備的功率級方案?？色@得的模塊都是為功率額定值由400W至2500W作出最優(yōu)化。

　　就以IRAMS06為例，它額定於6A輸出，不單結合IGBT和門(mén)驅動(dòng)器，還有溫度*，過(guò)流關(guān)閉、欠壓封鎖和防止交叉導電邏輯，其他特色譬如作為高端驅動(dòng)的陰極負載二極管和單極電源等，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統設計，不需額外的隔離，因為元件本身獲得高達每分鐘2000Vrms，IR也發(fā)表網(wǎng)上設計工具，有助於設計師使用IPM系列和電動(dòng)機控制IC的IRMCK系列設計其方案