無(wú)刷直流電機的梯形控制

梯形控制是無(wú)刷直流（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“BLDC”）電機最簡(jiǎn)單的控制方法之一，它施加方波電流，使電機相位與BLDC電機的梯形反電動(dòng)勢波形對齊，以獲得最佳轉矩。BLDC 的梯形控制適用于白家電、制冷壓縮機、暖通空調(HVAC) 鼓風(fēng)機、冷凝器、工業(yè)驅動(dòng)、泵和機器人等多種應用電機控制系統設計。

構成驅動(dòng)電機的三相逆變器的MOSFET具有六種開(kāi)/關(guān)狀態(tài)組合，從而在轉子磁場(chǎng)的旋轉平面內產(chǎn)生六種可能的定子磁場(chǎng)方向。因此，該方法也稱(chēng)為六步法或120°塊換向。根據電機的所需旋轉方向，六種可能的逆變器狀態(tài)必須遵循特定的順序，以便定子和轉子磁場(chǎng)方向布置產(chǎn)生最大轉矩。轉子位置反饋通常通過(guò)安裝在電機上的霍爾傳感器（有傳感器）或通過(guò)在旋轉時(shí)（無(wú)傳感器）感測電機相位的反電動(dòng)勢來(lái)實(shí)現，從而確定適當的換向時(shí)序。

圖1：霍爾傳感器換向時(shí)序圖

有傳感器式梯形控制不需要任何電壓或電流反饋信號即可運行。它使用來(lái)自霍爾傳感器的位置反饋來(lái)確定為電機各相位通電的正確順序。安裝在電機上的霍爾傳感器通過(guò)轉子永磁體旋轉磁場(chǎng)產(chǎn)生的霍爾效應來(lái)感測轉子位置。即使在啟動(dòng)時(shí)，也可以進(jìn)行適當的換向，因為即使在零速下，轉子位置信息也存在。

圖2：有傳感器式電機梯形控制系統框圖

無(wú)傳感器的梯形控制使用電機旋轉產(chǎn)生的反電動(dòng)勢來(lái)確定適當的電機換向順序。對于梯形控制，一次只能通電兩個(gè)電機相位。由于非通電相位中沒(méi)有電流流動(dòng)，因此此時(shí)可以直接感測反電動(dòng)勢。在非通電階段，反電動(dòng)勢呈線(xiàn)性增加或減少。大多數用于梯形控制的反電動(dòng)勢位置反饋技術(shù)都依賴(lài)于涉及反電動(dòng)勢過(guò)零檢測（ZCD）的方法。監測反電動(dòng)勢，以確定它何時(shí)越過(guò)參考點(diǎn)-電機中性電壓或直流總線(xiàn)電壓的一半。

圖3：無(wú)傳感器的電機梯形控制系統框圖

雖然有傳感器的梯形控制更容易實(shí)施，但由于在電機中安裝了霍爾傳感器，需要增加成本，還需要從電機進(jìn)行更多布線(xiàn)，這在某些環(huán)境中不太可行。無(wú)傳感器控制更為復雜，必須針對特定負載或工作條件進(jìn)行調整，且在重載下可能難以啟動(dòng)。不過(guò)，無(wú)傳感器控制非常適合已知負載曲線(xiàn)或負載隨速度增加的應用如風(fēng)扇。

其他設計注意事項

在為您的應用考慮 BLDC 電機控制設計時(shí)，您還需要考慮一些關(guān)鍵設計因素，包括：

●    過(guò)流保護（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“OCP”）—硬件、軟件或兩者都可實(shí)現 OCP，以限制電流和緩解硬故障。

●    過(guò)壓保護（OVP）—硬件、軟件或兩者均可保護電機免受破壞性電壓的影響。

●    過(guò)溫保護（OTP）—監測逆變器中的 MOSFET 工作溫度非常重要，尤其是在溫度范圍較寬的環(huán)境中。

●    MOSFET 選擇—安森美(onsemi)全面的高能效屏蔽柵溝槽型 MOSFET 產(chǎn)品組合可根據您的特定設計要求進(jìn)行定制，以實(shí)現電機控制系統的卓越性能。

高度集成的電機控制方案可實(shí)現節能。梯形 BLDC 控制的優(yōu)點(diǎn)包括控制算法簡(jiǎn)單、效率高，電機簡(jiǎn)單，可實(shí)現長(cháng)的使用壽命和更低的運營(yíng)成本。梯形控制與基本保護和設計技術(shù)相結合，提高電機的控制和精度，是驅動(dòng)電動(dòng)工具和機器人電機的最高效方法之一。