無刷直流（BLDC）電機(jī)正迅速成為應(yīng)用高可靠性、高效率和高功率體積比的自然選擇。這些電機(jī)提供寬的速度范圍內(nèi)提供大量的扭矩，并具有類似的扭矩和速度性能曲線（盡管刷電機(jī)可以提供更大的靜態(tài)扭矩）。
BLDC電機(jī)具有顯著的可靠性，因?yàn)樗藗鹘y(tǒng)直流電機(jī)換向時(shí)使用的刷子。刷子磨損降低了電機(jī)的性能，最終必須更換。相反，當(dāng)它在額定參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，BLDC電機(jī)的預(yù)期壽命可超過1萬小時(shí)或更長。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，這種使用壽命和后續(xù)維護(hù)和備件成本的降低可以抵消電機(jī)的高初始成本。
BLDC電機(jī)正在進(jìn)入最具成本意識的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在汽車領(lǐng)域，BLDC電機(jī)的使用正在飆升。汽車制造商特別被電機(jī)在機(jī)械工作中轉(zhuǎn)換電能的效率所吸引，這有助于減少對車輛電力系統(tǒng)的需求（圖1）。根據(jù)分析師IMS到2018年，6億只研究BLDC電機(jī)將用于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的輕型車輛，
BLDC這種對電機(jī)的興趣促使芯片供應(yīng)商為該單元的電子控制系統(tǒng)開發(fā)定制的單片芯片。本文將詳細(xì)介紹BLDC電機(jī)控制芯片 - 用于驅(qū)動逆變橋的設(shè)備，最終激活電機(jī)線圈，控制速度和方向。
減少霍爾傳感器故障
FCM8201關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步是可以選擇脈沖寬度調(diào)制（PWM）有兩種模式PWM可選模式：正弦波模式和方波模式。方波模式包括PWM-PWM和PWM-ON提高電機(jī)驅(qū)動效率的技術(shù)。
Fairchild該設(shè)備還內(nèi)置了霍爾信號調(diào)節(jié)電路，可以為每個(gè)傳感器輸入3到36μs抖動時(shí)間。當(dāng)霍爾傳感器信號轉(zhuǎn)換緩慢時(shí)，該電路減少了毛刺 - 以及隨后的錯誤。
FCM8201沒有外部微控制器，可（MCU）在獨(dú)立配置中使用，或者如果設(shè)計(jì)師想添加比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備更多的電機(jī)控制功能，外部可以通過串行外部接口連接MCU（ SPI）接口。圖2顯示了FCM8201典型的獨(dú)立應(yīng)用電路。只需幾個(gè)外圍元件即可完成BLDC電機(jī)控制電路。
無傳感器控制采用電機(jī)磁通
無傳感器BLDC電機(jī)取消霍爾傳感器，而是根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反電勢的大小來估計(jì)線圈的位置，并確定正確的換向順序。
無傳感器控制是一種流行的技術(shù)，因?yàn)樗喕穗姍C(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)，但缺點(diǎn)是電機(jī)靜止時(shí)不會產(chǎn)生反電勢，而電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)很少。這使得控制器很難確定線圈的位置。
針對低成本BLDC安裝，德州儀器（TI）推出了InstaSPIN-BLDC解決這個(gè)問題的電機(jī)控制技術(shù)。該公司表示，InstaSPIN-BLDC它是一種無傳感器控制技術(shù)，在50多種不同電機(jī)類型的現(xiàn)場測試中，每臺電機(jī)可以在不到20秒的時(shí)間內(nèi)啟動和運(yùn)行。簡而言之，TI將InstaSPIN-BLDC描述為三相BLDC在電機(jī)上執(zhí)行無傳感器轉(zhuǎn)向軟件方法。據(jù)該公司稱，其優(yōu)點(diǎn)包括電機(jī)調(diào)試非常快，即使在低速時(shí)也能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的控制，以及超過速度干擾的卓越能力。
其他基于反電動勢過零時(shí)序的無傳感器BLDC不同的控制技術(shù)，InstaSPIN-BLDC監(jiān)控電機(jī)的磁通量，以確定何時(shí)更換電機(jī)。自由圖用戶界面（GUI）在圖3的幫助下，用戶在圖紙窗口中確定通量信號，并設(shè)置通量閾值滑塊，以指定電機(jī)應(yīng)更換的通量水平。TI通過觀察表示GUI上顯示的相電壓和電流波形驗(yàn)證了最佳換向。
低傳感器不同于磁通信號BLDC低速電機(jī)產(chǎn)生的低反電動勢信號導(dǎo)致信噪比差（SNR）性能。公司聲稱InstaSPIN-BLDC即使在重負(fù)載下，也能在低速下實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的操作，提供更可靠的電機(jī)啟動。
靈活的設(shè)計(jì)
一些制造商提供沒有集成處理器的驅(qū)動芯片，以熟悉特定的MCU設(shè)計(jì)人員使用該設(shè)備監(jiān)督電路。或者，與上述相關(guān)Fairchild芯片是一樣的，一些供應(yīng)商允許設(shè)計(jì)師添加更強(qiáng)大的外部MCU覆蓋內(nèi)部處理器。
傳感器和無傳感器BLDC電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是越來越多地應(yīng)用于傳統(tǒng)電機(jī)主導(dǎo)的應(yīng)用。雖然比后者貴，但這種早期成本可以抵消較低的維護(hù)成本和BLDC電機(jī)壽命長。
希望使用這些輕、緊湊、功能強(qiáng)大的電機(jī)的設(shè)計(jì)師會發(fā)現(xiàn)，通過引入主要芯片供應(yīng)商的芯片和設(shè)計(jì)工具，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得更加容易。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中有更多的靈活性，從而增加區(qū)分最終產(chǎn)品和競爭對手的機(jī)會。 |
