【導(dǎo)讀】BLDC 電機(jī)效率更高，運(yùn)行更快更安靜，需要電子以控制旋轉(zhuǎn)場。BLDC 電機(jī)制造成本更低，易于維護(hù)。驅(qū)動 BLDC 電機(jī)需要三相反向器。反向器包含三個(gè)半 H 橋，使用輔助信號控制其高位和低位開關(guān)。在關(guān)閉高側(cè)開關(guān)和開啟低側(cè)開關(guān)之間保有延遲是非常重要的。這將消除潛在的開關(guān)短路。
無刷直流電機(jī)具有定子繞線和永久磁性轉(zhuǎn)子。繞線連接到控制電子，且電機(jī)內(nèi)部沒有刷子和換向器。電子類似于換向器驅(qū)動適當(dāng)?shù)睦@線；在圍繞定子旋轉(zhuǎn)的移動模式中驅(qū)動繞線。驅(qū)動的定子繞線引導(dǎo)轉(zhuǎn)子磁性。
圖3：無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的方框圖，它具有微處理器、閘極驅(qū)動器、隔離器件、工業(yè)接口和電源管理。
無刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
微處理器
了解轉(zhuǎn)子位置對于高效控制 BLDC 電機(jī)非常重要。TI 的 C2000 系列 MCU 可以通過使用標(biāo)量或矢量控制技術(shù)控制 BLDC 電機(jī)。通過連接至電機(jī)的霍爾傳感器或旋轉(zhuǎn)式編碼器能夠檢測到轉(zhuǎn)子的位置。這些傳感器輸入用于含傳感器的反饋控制系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)子位置還可通過使用反電動勢電壓信息進(jìn)行估算。此反饋控制模式無需使用傳感器和附加接線。位置或度評估器也可用于計(jì)算轉(zhuǎn)子位置。
C2000 MCU 上的集成高速 12 位 ADC 轉(zhuǎn)換器、高分辨率脈寬調(diào)制器 (PWM) 和正交編碼器輸入 (QEI) 使其適合于實(shí)施 BLDC 電機(jī)控制。C2000 MCU 內(nèi)核能夠在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)，使此 MCU 系列成為實(shí)施矢量控制技術(shù)和同時(shí)控制多個(gè)電機(jī)的理想選擇。此系列的 PWM 具有可編程死區(qū)延遲，可驅(qū)動高側(cè)和低側(cè)閘極驅(qū)動器。C2000 MCU 還可通過使用梯形或正弦控制驅(qū)動 BLDC 電機(jī)。
Stellaris 系列 MCU 向偏愛開放式構(gòu)架內(nèi)核的客戶提供基于 ARM 的解決方案。這些 MCU 還為傳感器的控制提供集成 ADC、電機(jī)控制特定的 PWM 和 QEI 輸入。其基于硬件的故障檢測系統(tǒng)可更快地關(guān)閉系統(tǒng)，無需軟件干預(yù)。這些 MCU 也可用于實(shí)施標(biāo)量和矢量控制技術(shù)。
MSP430 器件基于 16 位 RISC 架構(gòu)，在工作模式和休眠模式中具有超低功耗操作功能。通過使用接受較低性能的標(biāo)量技術(shù)，這些 MCU 可用于 BLDC 電機(jī)控制。集成驅(qū)動器可配置為 PWM 輸出并可通過梯形控制控制閘極驅(qū)動器。
Hercules 安全 MCU 可提供基于 ARM Cortex-R4f 的解決方案并被認(rèn)證為適合用于需要實(shí)現(xiàn) IEC61508 SIL-3 安全級別的系統(tǒng)中。這些 MCU 還可通過靈活的 HET 協(xié)處理器提供集成浮點(diǎn)、12 位 ADC、特定于電機(jī)控制的 PWM 及編碼器輸入。Hercules 安全 MCU 還可用于實(shí)施標(biāo)量和矢量控制技術(shù)并支持各種性能需求。
隔離
數(shù)字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由二氧化硅 (SiO2) 隔離勢壘進(jìn)行隔離，可提供 4kV 隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時(shí)，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進(jìn)入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統(tǒng)模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機(jī)控制應(yīng)用的常見選擇。展望未來，設(shè)計(jì)人員將在其產(chǎn)品中集成主流接口，如以太網(wǎng)、USB 和 CAN。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發(fā)器 ISO1050。
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第一講：有刷、無刷DC電機(jī)特性及優(yōu)缺點(diǎn)
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第二講：有刷直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
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第三講：無刷直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
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高電壓電機(jī)控制設(shè)計(jì)
圖4：高電壓電機(jī)控制設(shè)計(jì)方框圖
