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無刷電機的無感方案控制關鍵點剖析

電子設計 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2017-11-21 10:08 ? 次閱讀

無刷無感控制在實際應用中極為廣泛,人們對它的研究也尤為以久,它的控制難點主要有兩點:第一,電機的啟動;第二,轉子位置的檢測
對于高壓無感方案來講,除了軟件上的難點之外,硬件設計也不容忽視,如硬件設計稍有不當,會導致整個控制板的干擾很大,從而加大了整個方案成功的難度。


以下我們主要針對低壓的無感方案進行討論,對于低壓的無感方案來講,市面上的硬件設計都大同小異,檢測轉子的位置的方式也都幾乎都采用反電動勢檢測法。


1、為什么無感方案電機的啟動如此困難?
對于無刷電機來講,電機的運轉是靠電子開關控制換相,那么想要電機正常高效的運轉,就必須要知道轉子的位置之后,才能正常換相,問題來了,電機沒有傳感器,也沒有轉起來,所以轉子的位置就不得而知了,所以無感的啟動就要自轉啟動,先讓電機以一定的速率自轉,在電機自動的過程中,我們通過檢測反電動勢來得知轉子的位置,從而得到正確的換相的相位。
電機的自啟動說起來簡單做起來難,本人在調試眾多無感方案的過程中,總結出以下幾點經驗供參考:
(1)、首先是自轉,自轉一定要讓電機運轉順暢,不能打抖,同時也不能造成大電流。這是啟動成功的非常關鍵的一步。具體如何達到這個效果,就要各位在調試的過程中調節PWM占空比以及換相時間的長短了。
(2)、啟動步數不能太少,也不要過多,一般十來步就夠了,等電機運行十來步后開始檢測反電動勢,當檢測到正確的反電動勢后這時候電機就正常運轉起來了。
2、如何檢測反電動勢
檢測反電動勢的方法有兩種,第一是用單片機內部AD采樣反電動勢信號來進行比較,第二是用比較器直接比較。這兩種方法思路都是一樣,但依個人的經驗來看,用比較器的方案更可靠,性能更好,特別是電機轉速要求非常高時,用AD采樣方法幾乎是行不通的。
雖然用比較器方案更有優勢,可為何在市面上用AD采樣的方式也非常常見?這個主要是因為產品成本的問題。用比較器方案做,要不在外部加一個比較器IC,不僅增加成本,同時也增大PCB的布板空間,其二就是找一個內部帶AD的單片機,而這種單片機相對來講通常價格偏高一些。
下圖為檢測反電動勢的電路參考圖:


這是個AD檢測方案、比較器比較方案通用的電路圖,如果單片機有比較器,那就接到比較器的那個端口,如果沒有,就必須要接到AD口。
以比較器方案為例,當電機自轉完成后,打開比較器中斷(比較對象為:中點電壓與懸空相的電壓值),當比較中斷到來時,立即換相,換相后再設置比較器的比較對像,即中點電壓與當前懸空相的電壓值,以等待下一次比較中斷的到來。

以上控制方式是沒有延時30度的控制方式,在一般的控制系統中,此控制方式可行,特別是做無感大電流大扭力的方案,不延時的控制方式反而會更加穩定,帶載能力會更強。當然這樣做也有弊端,就是效率不如增加30度延時的高。具體用什么方式來做,就得看實際的產品了。

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