無傳感器、無電刷的電動機(jī)控制設(shè)計實現(xiàn)

　　對於無電刷直流電動機(jī)，軟件方面包括∶

　　—設(shè)有閉環(huán)速度與電流限制的電動機(jī)控制

　　—電動機(jī)從任何位置啟動，采用一個對準(zhǔn)過程從而知道初始的轉(zhuǎn)子位置，需要正確的饋電次序。

　　—反電動勢檢測、與PWM同步，減小由於PWM信號在現(xiàn)用相上通電時因為互感和電容所造成的干擾。

　　—在運行過程中計算及更新?lián)Q向時間，使到萬一找不住零交點時可以作出修正動作。

　　—起動過程要顧及低速、預(yù)定的換向時序；這是需要的，因為在低轉(zhuǎn)速時，比如當(dāng)啟動電動機(jī)時，反電動勢的幅度太小以致難以檢測。

　　對於永磁同步電動機(jī)，軟件包括∶

　　—電動機(jī)控是依據(jù)場定位控制（FOC），這是用來維持定子與轉(zhuǎn)子磁通於正交位置，以增大轉(zhuǎn)矩效率。

　　—有稱為滑動模式觀測器（SMO）的反電動勢估計器，其輸出用來計算轉(zhuǎn)子位置和速度等資料。

　　—速度與電流閉合環(huán)路，分別有更佳的速度與轉(zhuǎn)矩性能。

　　聰明功率模塊

　　除了實現(xiàn)位置估計算法外，設(shè)計電動機(jī)控制器的功率級是對工程師尋找一個快速和劃算的方案又是另一個重大挑戰(zhàn)，尤其功耗和與大電流高電壓工作相關(guān)的干擾影響。即使是一位富經(jīng)驗的設(shè)計師也要付出相當(dāng)?shù)乃剂亢蛣诹?，例如要將布局?yōu)化處理，才可減少功率開關(guān)的連帶效果。其中一個更專門的部份是為功率開關(guān)設(shè)計的驅(qū)動管，這會用MOSFET或IGBT制造，視乎所需的電壓額定值來決定。

　　要解決種種挑戰(zhàn)，有些制造商供應(yīng)完備的模塊，內(nèi)里將所需的功率開關(guān)與驅(qū)動器和界面電路整合，只需電動機(jī)控制輸入信號，還有電源直接驅(qū)動電動機(jī)便可以了。設(shè)計范圍已縮小至一個簡單過程 ─ 找一個大小符合於功率額定值的散熱器。布線上經(jīng)已在模塊內(nèi)里優(yōu)化，減少連線長度，減少功率損失、以及電容/電感的副作用，除此以外，電源結(jié)構(gòu)相對於分立式方案更為簡化，導(dǎo)致到整個設(shè)計更加緊密。

圖4. International Rectifier的智能電源模塊結(jié)合了數(shù)字電路和大功率驅(qū)動器

　　譬如Fairchild推出的聰明功率模塊FCBS系列，就包括有集驅(qū)動、保護(hù)、系統(tǒng)控制等功能一身的500V MOSFET逆變器。如圖3所示，HVIC技術(shù)使到單電源MOSFET門驅(qū)動能力上不需用光電耦合器，這有助於縮減全部兩成的板面。元件安裝在低熱阻陶瓷襯底上。有效地排除熱力至模塊的表面，此處可連接散熱器。綜合保護(hù)方面包括欠壓封鎖和短路保護(hù)，而分開的負(fù)DC線端提供單腳電流*。

　　International Rectifier（IR）以其智能功率模塊（IPM）解決了合乎經(jīng)濟(jì)效益的無電刷電動機(jī)設(shè)計，特色是高度集成化，將IR專利的三相門驅(qū)動器和高效率的溝道IGBT技術(shù)集合於單列直插式組件上，如圖4所示，一個IPM便替代超過20個分立元件，IR采用絕緣金屬襯底技術(shù)，提高熱效能，減少EMI干擾，這樣為節(jié)能用具和由變速電動機(jī)驅(qū)動的輕工業(yè)設(shè)備造就了一個完備的功率級方案。可獲得的模塊都是為功率額定值由400W至2500W作出最優(yōu)化。

　　就以IRAMS06為例，它額定於6A輸出，不單結(jié)合IGBT和門驅(qū)動器，還有溫度*，過流關(guān)閉、欠壓封鎖和防止交叉導(dǎo)電邏輯，其他特色譬如作為高端驅(qū)動的陰極負(fù)載二極管和單極電源等，簡化了整個系統(tǒng)設(shè)計，不需額外的隔離，因為元件本身獲得高達(dá)每分鐘2000Vrms，IR也發(fā)表網(wǎng)上設(shè)計工具，有助於設(shè)計師使用IPM系列和電動機(jī)控制IC的IRMCK系列設(shè)計其方案