AVR微控制器在BLDC電機控制中的應用

許多汽車(chē)應用，包括從最小的閥門(mén)到笨重的座椅，都含有運動(dòng)部件，而速度可能從每分鐘數十轉到數千轉不等。一直以來(lái)，有刷電機在汽車(chē)應用中占主導地位，因為它們成本低，而且只需簡(jiǎn)單的繼電器就能加以控制。不過(guò)，有刷電機較重，而且電刷會(huì )產(chǎn)生噪聲和電火花，并會(huì )隨著(zhù)使用時(shí)間的增加而磨損。

現代汽車(chē)中電機的數量在不斷增加，因此制造商需要體積更小更輕、轉矩和速度更高并受到精確控制的電機。防傾斜(anti-pitch)車(chē)窗升降電機就是一個(gè)很好的示例，其他還有剎車(chē)和轉向助力、通風(fēng)、冷卻，以及推拉門(mén)等應用。另外，進(jìn)氣和渦輪增壓器控制則是比較新穎的領(lǐng)域，這時(shí)電機及其控制器可能處于150℃的高溫下，遠遠超過(guò)125℃的標準溫度。

目前的無(wú)刷電機控制系統常常采用ASIC或分立組件產(chǎn)生和控制電機繞組的脈沖電壓。功率MOSFET是常常用到的器件。要驅動(dòng)MOSFET，就需要適配電路來(lái)將命令信號轉換為適當的電平。新興的解決方案之一是將微控制器(MCU) 和驅動(dòng)組件相結合。簡(jiǎn)單MCU負責與汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，并和以模擬模式控制電機繞組的復雜驅動(dòng)器級一起工作。若采用專(zhuān)用MCU控制簡(jiǎn)單驅動(dòng)器級，而以數字模式實(shí)現電機繞組控制，則可進(jìn)一步提高控制回路的精度和速度。

a) 三相電機結構 (b) 定子3繞組(線(xiàn)圈)電氣表示
圖1 無(wú)刷電機結構

無(wú)刷電機

我們這里提到的無(wú)刷電機是指無(wú)刷直流(BLDC)和無(wú)刷交流(BLAC)電機。這類(lèi)電機因其旋轉部件轉子由永磁體制成，故又稱(chēng)為永磁同步電機(PMSM)，如圖1所示。由于永磁體的旋轉產(chǎn)生反電動(dòng)勢，被傳遞到電機繞組的能量必須與反電動(dòng)勢同相，所以電機的供電系統必須與轉子的位置同步。不過(guò)BLDC和BLAC電機非常類(lèi)似，BLDC電機每個(gè)繞組的反電動(dòng)勢波形為梯形，因而所有繞組電壓之和是連續的。BLAC電機每個(gè)繞組的反電動(dòng)勢是正弦波形，所有繞組電壓的總和是多相AC電壓。