釋放三相電機(jī)的創(chuàng)新潛能，了解下Qorvo的磁場(chǎng)定向控制方案

無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)和永磁同步電機(jī)（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機(jī)帶來(lái)更高的效率和更長(zhǎng)的壽命，因而在許多應(yīng)用中越來(lái)越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機(jī)利用電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并通過(guò)外部電路來(lái)調(diào)節(jié)相電壓及電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

超越傳統(tǒng)有刷電機(jī)

無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)和永磁同步電機(jī)（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機(jī)帶來(lái)更高的效率和更長(zhǎng)的壽命，因而在許多應(yīng)用中越來(lái)越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機(jī)利用電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并通過(guò)外部電路來(lái)調(diào)節(jié)相電壓及電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

此類電路固然增加了一些復(fù)雜性，但與傳統(tǒng)有刷電機(jī)相比，BLDC和PMSM具備很大優(yōu)勢(shì)——對(duì)比以相同速度運(yùn)行的有刷電機(jī)，其電子換向方案可將能效提升20%至30%，而且更耐用、更小、更輕、更安靜。

磁場(chǎng)定向控制（FOC）是一種用于PMSM的控制技術(shù)，在最大限度減少轉(zhuǎn)矩紋波和擴(kuò)大速度工作范圍方面性能優(yōu)越。目前，這一技術(shù)正變得越來(lái)越流行，并開(kāi)始出現(xiàn)在成本更高、性能更強(qiáng)的電動(dòng)工具和白色家電中。在微控制器（MCU）上進(jìn)行嵌入式編程是實(shí)現(xiàn)FOC相關(guān)特性和功能的常見(jiàn)選擇，同時(shí)還能在優(yōu)化整體解決方案的同時(shí)滿足每個(gè)應(yīng)用的要求。

本篇博文概述了Qorvo設(shè)計(jì)峰會(huì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)的內(nèi)容。該研討會(huì)探討了基于FOC的BLDC/PMSM電機(jī)設(shè)計(jì)，包括如何對(duì)微控制器芯片編程以訪問(wèn)并管理電機(jī)運(yùn)行的示例，請(qǐng)點(diǎn)擊閱讀原文查看。

磁場(chǎng)定向控制的基本原理

在任何有關(guān)無(wú)刷電機(jī)的討論中，都會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)正弦波、梯形波和磁場(chǎng)定向控制等術(shù)語(yǔ)。理解這些術(shù)語(yǔ)是掌握基本概念的第一步。設(shè)計(jì)峰會(huì)的相關(guān)視頻對(duì)此進(jìn)行了概述，并在本章節(jié)中做簡(jiǎn)要總結(jié)。在使用電池或其它直流電源的典型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率級(jí)提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)可基于六步梯形控制或磁場(chǎng)定向控制。

在任何有關(guān)無(wú)刷電機(jī)的討論中，都會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)正弦波、梯形波和磁場(chǎng)定向控制等術(shù)語(yǔ)。理解這些術(shù)語(yǔ)是掌握基本概念的第一步。設(shè)計(jì)峰會(huì)的相關(guān)視頻對(duì)此進(jìn)行了概述，并在本章節(jié)中做簡(jiǎn)要總結(jié)。在使用電池或其它直流電源的典型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率級(jí)提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)可基于六步梯形控制或磁場(chǎng)定向控制。

圖1：梯形控制和FOC的區(qū)別

在采用梯形控制的設(shè)計(jì)中，電流僅在兩個(gè)相位中傳導(dǎo)；在浮動(dòng)相位時(shí)，則會(huì)獲取傳感器讀數(shù)。此時(shí)，可監(jiān)測(cè)反向電動(dòng)勢(shì)（BEMF）的值以推斷轉(zhuǎn)子位置。雖然BLDC電機(jī)設(shè)計(jì)通常具有較高的轉(zhuǎn)矩紋波，但這種方法更簡(jiǎn)單，實(shí)施成本也更低。

PMSM電機(jī)的FOC實(shí)現(xiàn)在三個(gè)相位中的每一個(gè)相位均導(dǎo)通電流；每個(gè)相位的電流、電壓和功率，與其它相位的電流、電壓和功率偏移120度。這種方式最大限度地減少了轉(zhuǎn)矩紋波；電機(jī)角度也連續(xù)更新。此類正弦波控制主要用于PMSM電機(jī)，需要更復(fù)雜的電子監(jiān)測(cè)控制電路。交流電機(jī)的控制基本上等同于使用FOC控制直流電機(jī)。

如圖2所示，轉(zhuǎn)矩由電流控制環(huán)路監(jiān)測(cè)和控制。來(lái)自三相逆變器的反饋信息被饋送至電流感應(yīng)電路，并中繼到控制回路，以保持精確的扭矩水平。電機(jī)位置模塊對(duì)電壓和電流值進(jìn)行采樣，通過(guò)一系列變換操作提供電機(jī)的角度和速度水平。

圖2：基于FOC實(shí)現(xiàn)的基本組件

其他要點(diǎn)

前文對(duì)FOC基本原理的概述，為您展現(xiàn)了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的框架模型，以便更好地理解固件如何用于個(gè)別功能的配置。相關(guān)設(shè)計(jì)峰會(huì)視頻對(duì)典型流程進(jìn)行了更詳細(xì)的解釋，涵蓋以下內(nèi)容：

Qorvo的FOC解決方案與可用IP列表，以及對(duì)部分功能的深入介紹

如何運(yùn)行電機(jī)的分步說(shuō)明，包括：

    1)硬件設(shè)置

    2)固件準(zhǔn)備

    3)電機(jī)參數(shù)識(shí)別——自動(dòng)調(diào)諧

    4)通過(guò)GUI或調(diào)諧后的電機(jī)參數(shù)文件(.xml)操作電機(jī)

    5)調(diào)試工具及更多信息

電機(jī)控制技術(shù)的巨大進(jìn)步，為充分利用BLDC/PMSM電機(jī)的效率、功率處理和可管理性并進(jìn)行創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了大量機(jī)會(huì)。