【導讀】BLDC 電機效率更高，運行更快更安靜，需要電子以控制旋轉場(chǎng)。BLDC 電機制造成本更低，易于維護。驅動(dòng) BLDC 電機需要三相反向器。反向器包含三個(gè)半 H 橋，使用輔助信號控制其高位和低位開(kāi)關(guān)。在關(guān)閉高側開(kāi)關(guān)和開(kāi)啟低側開(kāi)關(guān)之間保有延遲是非常重要的。這將消除潛在的開(kāi)關(guān)短路。
無(wú)刷直流電機具有定子繞線(xiàn)和永久磁性轉子。繞線(xiàn)連接到控制電子，且電機內部沒(méi)有刷子和換向器。電子類(lèi)似于換向器驅動(dòng)適當的繞線(xiàn)；在圍繞定子旋轉的移動(dòng)模式中驅動(dòng)繞線(xiàn)。驅動(dòng)的定子繞線(xiàn)引導轉子磁性。
圖3：無(wú)刷直流電機系統的方框圖，它具有微處理器、閘極驅動(dòng)器、隔離器件、工業(yè)接口和電源管理。
無(wú)刷直流電機設計注意事項
微處理器
了解轉子位置對于高效控制 BLDC 電機非常重要。TI 的 C2000 系列 MCU 可以通過(guò)使用標量或矢量控制技術(shù)控制 BLDC 電機。通過(guò)連接至電機的霍爾傳感器或旋轉式編碼器能夠檢測到轉子的位置。這些傳感器輸入用于含傳感器的反饋控制系統。
轉子位置還可通過(guò)使用反電動(dòng)勢電壓信息進(jìn)行估算。此反饋控制模式無(wú)需使用傳感器和附加接線(xiàn)。位置或度評估器也可用于計算轉子位置。
C2000 MCU 上的集成高速 12 位 ADC 轉換器、高分辨率脈寬調制器 (PWM) 和正交編碼器輸入 (QEI) 使其適合于實(shí)施 BLDC 電機控制。C2000 MCU 內核能夠在短時(shí)間內執行復雜的數學(xué)函數，使此 MCU 系列成為實(shí)施矢量控制技術(shù)和同時(shí)控制多個(gè)電機的理想選擇。此系列的 PWM 具有可編程死區延遲，可驅動(dòng)高側和低側閘極驅動(dòng)器。C2000 MCU 還可通過(guò)使用梯形或正弦控制驅動(dòng) BLDC 電機。
Stellaris 系列 MCU 向偏愛(ài)開(kāi)放式構架內核的客戶(hù)提供基于 ARM 的解決方案。這些 MCU 還為傳感器的控制提供集成 ADC、電機控制特定的 PWM 和 QEI 輸入。其基于硬件的故障檢測系統可更快地關(guān)閉系統，無(wú)需軟件干預。這些 MCU 也可用于實(shí)施標量和矢量控制技術(shù)。
MSP430 器件基于 16 位 RISC 架構，在工作模式和休眠模式中具有超低功耗操作功能。通過(guò)使用接受較低性能的標量技術(shù)，這些 MCU 可用于 BLDC 電機控制。集成驅動(dòng)器可配置為 PWM 輸出并可通過(guò)梯形控制控制閘極驅動(dòng)器。
Hercules 安全 MCU 可提供基于 ARM Cortex-R4f 的解決方案并被認證為適合用于需要實(shí)現 IEC61508 SIL-3 安全級別的系統中。這些 MCU 還可通過(guò)靈活的 HET 協(xié)處理器提供集成浮點(diǎn)、12 位 ADC、特定于電機控制的 PWM 及編碼器輸入。Hercules 安全 MCU 還可用于實(shí)施標量和矢量控制技術(shù)并支持各種性能需求。
隔離
數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由二氧化硅 (SiO2) 隔離勢壘進(jìn)行隔離，可提供 4kV 隔離。當與隔離電源配合使用時(shí)，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進(jìn)入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見(jiàn)選擇。展望未來(lái)，設計人員將在其產(chǎn)品中集成主流接口，如以太網(wǎng)、USB 和 CAN。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發(fā)器 ISO1050。
相關(guān)閱讀：
第一講：有刷、無(wú)刷DC電機特性及優(yōu)缺點(diǎn)
http://zzmyjiv.cn/motor-art/80020200
第二講：有刷直流電機控制設計的注意事項
http://zzmyjiv.cn/motor-art/80020222
第三講：無(wú)刷直流電機控制設計注意事項
http://zzmyjiv.cn/motor-art/80020233
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高電壓電機控制設計
圖4：高電壓電機控制設計方框圖
