無刷直流電機的梯形控制

梯形控制是無刷直流（以下簡稱“BLDC”）電機最簡單的控制方法之一，它施加方波電流，使電機相位與BLDC電機的梯形反電動勢波形對齊，以獲得最佳轉(zhuǎn)矩。BLDC 的梯形控制適用于白家電、制冷壓縮機、暖通空調(diào)(HVAC) 鼓風(fēng)機、冷凝器、工業(yè)驅(qū)動、泵和機器人等多種應(yīng)用電機控制系統(tǒng)設(shè)計。

構(gòu)成驅(qū)動電機的三相逆變器的MOSFET具有六種開/關(guān)狀態(tài)組合，從而在轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)產(chǎn)生六種可能的定子磁場方向。因此，該方法也稱為六步法或120°塊換向。根據(jù)電機的所需旋轉(zhuǎn)方向，六種可能的逆變器狀態(tài)必須遵循特定的順序，以便定子和轉(zhuǎn)子磁場方向布置產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子位置反饋通常通過安裝在電機上的霍爾傳感器（有傳感器）或通過在旋轉(zhuǎn)時（無傳感器）感測電機相位的反電動勢來實現(xiàn)，從而確定適當(dāng)?shù)膿Q向時序。

圖1：霍爾傳感器換向時序圖

有傳感器式梯形控制不需要任何電壓或電流反饋信號即可運行。它使用來自霍爾傳感器的位置反饋來確定為電機各相位通電的正確順序。安裝在電機上的霍爾傳感器通過轉(zhuǎn)子永磁體旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)來感測轉(zhuǎn)子位置。即使在啟動時，也可以進行適當(dāng)?shù)膿Q向，因為即使在零速下，轉(zhuǎn)子位置信息也存在。

圖2：有傳感器式電機梯形控制系統(tǒng)框圖

無傳感器的梯形控制使用電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電動勢來確定適當(dāng)?shù)碾姍C換向順序。對于梯形控制，一次只能通電兩個電機相位。由于非通電相位中沒有電流流動，因此此時可以直接感測反電動勢。在非通電階段，反電動勢呈線性增加或減少。大多數(shù)用于梯形控制的反電動勢位置反饋技術(shù)都依賴于涉及反電動勢過零檢測（ZCD）的方法。監(jiān)測反電動勢，以確定它何時越過參考點-電機中性電壓或直流總線電壓的一半。

圖3：無傳感器的電機梯形控制系統(tǒng)框圖

雖然有傳感器的梯形控制更容易實施，但由于在電機中安裝了霍爾傳感器，需要增加成本，還需要從電機進行更多布線，這在某些環(huán)境中不太可行。無傳感器控制更為復(fù)雜，必須針對特定負(fù)載或工作條件進行調(diào)整，且在重載下可能難以啟動。不過，無傳感器控制非常適合已知負(fù)載曲線或負(fù)載隨速度增加的應(yīng)用如風(fēng)扇。

其他設(shè)計注意事項

在為您的應(yīng)用考慮 BLDC 電機控制設(shè)計時，您還需要考慮一些關(guān)鍵設(shè)計因素，包括：

●    過流保護（以下簡稱“OCP”）—硬件、軟件或兩者都可實現(xiàn) OCP，以限制電流和緩解硬故障。

●    過壓保護（OVP）—硬件、軟件或兩者均可保護電機免受破壞性電壓的影響。

●    過溫保護（OTP）—監(jiān)測逆變器中的 MOSFET 工作溫度非常重要，尤其是在溫度范圍較寬的環(huán)境中。

●    MOSFET 選擇—安森美(onsemi)全面的高能效屏蔽柵溝槽型 MOSFET 產(chǎn)品組合可根據(jù)您的特定設(shè)計要求進行定制，以實現(xiàn)電機控制系統(tǒng)的卓越性能。

高度集成的電機控制方案可實現(xiàn)節(jié)能。梯形 BLDC 控制的優(yōu)點包括控制算法簡單、效率高，電機簡單，可實現(xiàn)長的使用壽命和更低的運營成本。梯形控制與基本保護和設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，提高電機的控制和精度，是驅(qū)動電動工具和機器人電機的最高效方法之一。