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無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案

發(fā)布時(shí)間:2025-04-05 來源:我愛方案網(wǎng) 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】BLDC電機(jī)控制中,算法發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其優(yōu)劣直接影響電機(jī)的控制性能。算法自身隨著技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)行迭代更新,從方波控制向有感SVPWM、FOC方向發(fā)展,伴隨控制性能不斷提升,算法復(fù)雜度也隨之提升,對(duì)控制芯片的計(jì)算量和計(jì)算速度的要求也越來越高。


BLDC電機(jī)控制中,算法發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其優(yōu)劣直接影響電機(jī)的控制性能。算法自身隨著技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)行迭代更新,從方波控制向有感SVPWM、FOC方向發(fā)展,伴隨控制性能不斷提升,算法復(fù)雜度也隨之提升,對(duì)控制芯片的計(jì)算量和計(jì)算速度的要求也越來越高。


各種控制算法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn),具體的選擇需要依據(jù)最終應(yīng)用領(lǐng)域而定,無感FOC控制算法最為先進(jìn),能夠最大程度上實(shí)現(xiàn)高效率、低振動(dòng)、低噪音以及高響應(yīng)速度等控制目標(biāo),因此逐漸成為主流趨勢(shì)。


無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案

(FOC框圖)


BLDC電機(jī)控制性能在FOC控制技術(shù)問世后才得到了質(zhì)的飛躍。FOC控制提倡的是勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制,從而使磁場(chǎng)控制與轉(zhuǎn)矩控制得到兼顧,克服了交流電動(dòng)機(jī)自身耦合的不足。


FOC控制下的電機(jī)換向性能極其優(yōu)秀,在最高轉(zhuǎn)速下正反轉(zhuǎn)切換可以做到十分順暢,同時(shí)FOC可以進(jìn)行電流(力矩)、速度、位置三個(gè)閉環(huán)控制。通過Clock調(diào)速和PWM調(diào)速,F(xiàn)OC控制下的BLDC震動(dòng)更低,噪音更小,響應(yīng)速度更快。


在無傳感器FOC算法中,由于集成了先進(jìn)控制技術(shù),因此可以顯著加快電機(jī)調(diào)諧,例如,通過自行測(cè)量電機(jī)參數(shù)或自動(dòng)執(zhí)行控制環(huán)路的調(diào)諧等方式加快速度。


我愛方案網(wǎng)分析師推薦三款采用無感FOC控制算法的電機(jī)變頻控制方案,能夠最大程度上實(shí)現(xiàn)高效率、低振動(dòng)、低噪音以及高響應(yīng)速度等控制目標(biāo)。


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無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


1.高速電機(jī)方案


無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


方案可選用HC32M140、HC32M120、HC32F460作為主控,采用無感FOC控制系統(tǒng),支持單電阻、雙電阻采樣,可工作在恒轉(zhuǎn)速、恒功率、恒扭矩等模式下。系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12萬轉(zhuǎn)(當(dāng)使用HC32F460時(shí)更可高達(dá)15萬轉(zhuǎn)),適用于高速吹風(fēng)機(jī)、高速吸塵器等產(chǎn)品。


方案特點(diǎn)
快速啟動(dòng):啟動(dòng)穩(wěn)定可靠,可在500ms內(nèi)加速至額定轉(zhuǎn)速
快速停機(jī):采用主動(dòng)剎車,無過壓、過流風(fēng)險(xiǎn),支持掉電剎車
高速控制:最高電轉(zhuǎn)速可達(dá)2000+Hz
工作電壓范圍大:適用220VAC、110VAC、24VDC供電

豐富的保護(hù)功能:過欠壓、過流、過功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等系統(tǒng)保護(hù)

應(yīng)用場(chǎng)景:

吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電領(lǐng)域。


2.電動(dòng)工具方案


無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


方案以HC32M140為主控芯片,基于無傳感器六步換相控制算法,實(shí)現(xiàn)BLDC電機(jī)大扭矩啟動(dòng)和高速運(yùn)行,保護(hù)功能齊全,適用于電鉆、角磨機(jī)、沖擊鉆、電動(dòng)扳手、電錘等低壓中小功率電動(dòng)工具應(yīng)用場(chǎng)景。


方案特點(diǎn)
48MHz主頻、8KB RAM/128KB Flash內(nèi)存資源、2個(gè)獨(dú)立OPA、高速ADC、電機(jī)專用TIMER
基礎(chǔ)功能:反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)算法(支持ADC和比較器)、電流/電壓采樣
復(fù)雜工況:靜止堵轉(zhuǎn)啟動(dòng)、低速大扭矩運(yùn)行、順逆風(fēng)啟動(dòng)、剎車功能
系統(tǒng)保護(hù):過流保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)、長時(shí)間堵轉(zhuǎn)保護(hù)

支持多種轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)(PWM、ADC等)


3.高速吹風(fēng)筒方案


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方案簡介:

高速吹風(fēng)筒方案采用小華超低功耗HC32M120主控MCU,內(nèi)置先進(jìn)的無位置傳感器FOC控制策略,實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),具備順風(fēng)、逆風(fēng)、靜止?fàn)顟B(tài)下無抖動(dòng)即時(shí)啟動(dòng)功能,30cm距離測(cè)量運(yùn)行噪音75db以下,為行業(yè)中上水平;啟動(dòng)穩(wěn)定性好,一次啟動(dòng)成功率可達(dá)99.7%以上;運(yùn)行效率高,220V機(jī)種,10.5萬RPM最高風(fēng)速檔位運(yùn)行,PCBA級(jí)實(shí)測(cè)輸入功率92W,優(yōu)于市場(chǎng)主流方案。


方案特點(diǎn):
快速啟動(dòng):啟動(dòng)穩(wěn)定可靠,可在500ms內(nèi)加速至額定轉(zhuǎn)速
快速停機(jī):采用主動(dòng)剎車,無過壓、過流風(fēng)險(xiǎn),支持掉電剎車
高速控制:最高電轉(zhuǎn)速可達(dá)2000+Hz
工作電壓范圍大:適用220VAC、110VAC、24VDC供電
豐富的保護(hù)功能:過欠壓、過流、過功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等系統(tǒng)保護(hù)
應(yīng)用場(chǎng)景:

吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電領(lǐng)域。


4.電動(dòng)自行車


無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


方案簡介:電動(dòng)自行車電驅(qū)控制板方案以HC32M120為主控芯片,同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外圍電路構(gòu)成。主要功能:EBS、能量回饋、HDC、霍爾修復(fù)、相序自識(shí)別、一線通、三速、GB_25KM、1:1電動(dòng)助力等。


方案特點(diǎn):
48MHz主頻、2個(gè)獨(dú)立OPA、高速ADC、電機(jī)專用TIMER、溫度范圍:-40℃~105℃
豐富的基礎(chǔ)函數(shù)庫、SVPWM系統(tǒng)、電機(jī)專用控制庫模塊
FOC控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)(正弦電流、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、低噪音)
平地/坡道/溜坡/滑行/帶載啟動(dòng)優(yōu)勢(shì)(啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、重載啟動(dòng)高可靠)
客制化控制流程優(yōu)勢(shì)(豐富的模塊化電機(jī)庫)

完善的系統(tǒng)保護(hù)功能(過流、過壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、飛車、短路等保護(hù))


5.洗衣機(jī)變頻控制方案


方案以HC32F460為主控芯片,單芯片實(shí)現(xiàn)洗滌電機(jī)與烘干風(fēng)機(jī)的雙電機(jī)變頻控制;采用無感FOC控制算法,運(yùn)行噪音低,電流諧波??;支持多種采樣方式,內(nèi)置放大器和比較器,節(jié)省BOM成本;完善的系統(tǒng)保護(hù)功能:過壓、欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)、缺相等;支持異常情況下的緊急停機(jī)功能。


無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


方案特點(diǎn):
1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4內(nèi)核MCU HC32F460
2.支持FPU,大幅度提升算力
3.高效Cache,保證CPU零等待執(zhí)行性能
4.多功能PWM Timer,支持多個(gè)電機(jī)控制
5.12位2Msps高精度ADC單元,靈活支持多種采樣方式
6.內(nèi)置PGA、CMP
7.EMB可獨(dú)立控制每個(gè)通道
8.系列豐富,封裝從48Pin到100Pin,適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求

應(yīng)用領(lǐng)域:冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、變頻控制板

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無感FOC算法驅(qū)動(dòng)的BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)解析與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用方案


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