先進(jìn)節(jié)能直流無刷電機(jī)控制器

通正弦PWM
僅依靠3個(gè)霍爾零件無法順利產(chǎn)生正弦波相電流控制信號(hào)，必須整合高分辨率的位置編碼器來輔助霍爾零件，以取得更精確的位置信息，如此方能產(chǎn)生所需的正弦波。但位置編碼器的高成本卻不是一般應(yīng)用所能接受的，空間向量調(diào)制應(yīng)運(yùn)而生。

空間向量調(diào)制PWM（SVPWM）也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用控制器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定控制器的開關(guān)，形成PWM波形。此法從無刷電機(jī)的角度出發(fā)，把控制器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使直流無刷電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通)。

具體方法又分為磁通開環(huán)方式和磁通閉環(huán)方式。磁通開環(huán)法用兩個(gè)非零向量和一個(gè)零向量合成一個(gè)等效的電壓向量，若采樣時(shí)間足夠小，可合成任意電壓向量。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時(shí)提高15％，諧波電流有效值之和接近最小。磁通閉環(huán)方式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。在比較估算磁通和給定磁通后，根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個(gè)電壓矢量，形成PWM波形。這種方法克服了磁通開環(huán)法的不足，解決了直流無刷電機(jī)低速時(shí)，定子電阻影響大的問題，減小了電機(jī)的震動(dòng)和噪聲。

在飛兆半導(dǎo)體產(chǎn)品中，有一系列無刷電機(jī)應(yīng)用參考電路。其中，控制單元(Motor Control IC)-FCM8201/02具備著方波/弦波兩種驅(qū)動(dòng)方式，可依不同產(chǎn)品用途擇一使用及多種保護(hù)功能，有別于一般MCU單元需要軟件撰寫的能力方能設(shè)計(jì)使用，降低開發(fā)技術(shù)門檻，并可大幅的縮短廠商產(chǎn)品開發(fā)量產(chǎn)時(shí)程。其他的如飛兆半導(dǎo)體智能功率模塊 (SPM) (IGBT/MOSFET,HVIC)、PFC、電源管理IC等，飛兆半導(dǎo)體皆可快速提供完整的方案。

在不同的應(yīng)用場(chǎng)合及產(chǎn)品中，方波驅(qū)動(dòng)具有低切換損失以及不需要精確的轉(zhuǎn)子反饋等優(yōu)點(diǎn)。但隨之而來的是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，較適合在大能量輸出場(chǎng)合使用。如載具、泵、工具機(jī)、工業(yè)用風(fēng)扇及室外型產(chǎn)品。

弦波驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)有運(yùn)轉(zhuǎn)平順及無震動(dòng)、無噪聲的優(yōu)勢(shì)，較適合場(chǎng)合:吸塵器、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、家用風(fēng)扇等家用產(chǎn)品。

家用風(fēng)扇
無葉風(fēng)扇、空氣循環(huán)扇、一般家用落地扇、臺(tái)扇、吊扇……追求的要點(diǎn)是室內(nèi)空氣循環(huán)，搭配空調(diào)增加效率、自然風(fēng)、靜音，已經(jīng)跳開以往直吹的觀念，追求的是更加舒適的生活。以往交流電機(jī)要達(dá)到相同的功能及效率需要付出額外的控制線路及電機(jī)材料、體積提升因此成本結(jié)構(gòu)會(huì)大幅增加。直流無刷電機(jī)在具備效率及生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)上，且具有控制單元很容易將智能功能加入來達(dá)到舒適家居生活的目的。

圖3

為了避免通過的電流量不堪負(fù)荷，造成芯片的損壞，并有更好的保護(hù)功能，F(xiàn)CM82XX系列內(nèi)置OCP(Over Current Protection)的設(shè)計(jì)回路。目的是讓過電流的情況下，芯片還能夠受到完整的保護(hù)。

過電流保護(hù)
FCM8201/02提供三階段的過電流保護(hù)。

第一階段稱過載電流保護(hù)(Over-load Current Protection) ，保護(hù)動(dòng)作的門檻電壓(VOCP_OL)為1.4V。第二階段為PWM每一周期的電流保護(hù)(Cycle-by-cycle Current Protection)，保護(hù)動(dòng)作的門檻電壓(VOCP_CYC)為1.5V。最后階段則是短路電流保護(hù)(Short Circuit Current Protection)，保護(hù)動(dòng)作的門檻電壓(VOCP_SH)為2.5V。

圖4

結(jié)論
在這個(gè)電力缺乏與環(huán)保意識(shí)抬頭的年代，降低核能發(fā)電已是所有人共同努力的目標(biāo)，對(duì)于高效能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求也逐漸被社會(huì)大眾所接受，當(dāng)然電機(jī)控制芯片的設(shè)計(jì)要求也越來越高。比如，BLDC或PMSM電機(jī)的無傳感器、霍爾傳感器以及高階電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的無傳感器與PFC都是未來的發(fā)展趨勢(shì)。提供完整的設(shè)計(jì)方案與仿真軟件，除了可以簡(jiǎn)化開發(fā)的時(shí)程，還能將電機(jī)驅(qū)動(dòng)達(dá)到最優(yōu)化的效率，才能有效的縮短產(chǎn)品上市的周期。