冰箱的直流無刷電機控制
另一個需要考慮的方面是速度極低時的工作。因為反電動勢與旋轉速度成正比,所以速度極低時,用于檢測過零點的反電動勢很小。從停止狀態(tài)開始工作時,需要以開環(huán)方式起動電機。當產生足夠的反電動勢,足以檢測過零點時,應將控制切換為反電動勢檢測??梢詸z測反電動勢的最小速度根據電機的反電動勢常量進行計算。
反電動勢過零檢測
檢測反電動勢過零點對于無傳感器控制系統(tǒng)非常關鍵。確定過零點可以使用幾種不同的技術。如前面所述,每個換向序列都有一個非勵磁繞組,在每個繞組通過非勵磁狀態(tài)時檢測反電動勢過零點。圖4a、4b和4c顯示了可以用于檢測反電動勢過零點的不同方案。在圖4a中,A相與電源正極(DC+)連接, C相與電源負極(或回路DC-)連接,B相開路。觀察B相上的反電動勢,可以看到反電動勢朝正電壓上升,然后朝負電壓下降。將它與直流母線電壓的一半進行比較時,可以獲得虛擬過零點。通過使用運放比較器,可以確定過零點。
圖4b顯示了通過產生虛擬中性點來確定反電動勢過零點的方法。虛擬中性點使用圖中所示的梯形電阻網絡產生,然后將非勵磁繞組中的反電動勢與該中性點進行比較。這使得在所有可測量速度下,可相對容易地確定過零點。
圖4a和4b顯示了B相的過零檢測電路。對于A相和C相,當其相應繞組未勵磁時,應使用類似電路進行反電動勢過零檢測。
圖4a 反電動勢過零檢測:與直流母線電壓/2比較
圖4b 反電動勢過零檢測:與中性點比較
圖4c 反電動勢過零檢測:使用片上ADC讀取
反電動勢過零檢測的另一種方案是使用ADC,如圖4c中所示。PIC18F2331單片機具有可用于此用途的高速ADC。通過使用分壓器,可以將反電動勢信號降到單片機可測量的電平。使用片上ADC對該信號進行采樣,不斷將采樣值與對應于零點的數字值進行比較。當這兩個值匹配時,就更新換向序列。該方法的優(yōu)點是能夠使測量更為靈活。當速度改變時,繞組電壓可能會波動,導致反電動勢的變化。這種情況下,單片機可以完全控制過零點的確定。此外,還可以采用數字濾波器來濾除反電動勢信號中的高頻開關噪聲成分。
結論
BLDC電機與生俱來的優(yōu)點使其可用來控制冰箱的壓縮機和風扇,提高冰箱能效和降低噪聲,同時支持無級變速。但是,BLDC電機需要通過驅動電路來進行電子換向。使用驅動電路可實現變速操作。此外,與根據制冷負載間歇性地起動和停止壓縮機的傳統(tǒng)方式相比,系統(tǒng)功耗更低。
使用Microchip的PIC18F2331系列單片機,可以實現幾種以開環(huán)和閉環(huán)方式控制BLDC電機的方法,同時可以充分利用單片機中可用于電機控制的外設,減少所需的外部硬件。
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