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      直流無刷電機控制器節能技術先進

      文章出處:責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2014-05-16 14:02:00


             無論是工業、家庭還是商業用電,電機所消耗的能源都占有很高的比例。如果改善電機系統的輸出、輸入功率比,就可以提高用電效率。所以各個國家或者地區都針對電機有關產品提出改進計劃。
              家庭用電大約可分為電源轉換輸出(燈、電視)及電機驅動(冰箱、洗衣機、冷氣、風扇、吸塵器等)這兩大類,其中電機驅動所消耗的電力占家庭用電的70%。如果電機效率提升10%,一年約可節省100億度的電量,相當一座大中型核能發電站所發的電量。若再以全球一年的發電量約為20兆度來計算,可以節省2兆度的用電量。這個驚人的數字等同于兩百座中大型核電站的電量。而且在能源法規及環保議題帶動下,產業、產品升級已是維持經濟持續發展的必要條件。
              當今家電產品的驅動電機分為交流電機、直流電機兩類;直流電機又分為直流有刷及無刷電機。由于材料科學的進步,直流無刷電機(BLDC 或 PMSM)的研發及生產近期有相當大的突破。直流無刷電機具有安靜、無噪聲、免維護保養、壽命長、體積小的特性及優點;尤其是高效輸入/輸出比,在節能及環保方面均有優異表現。
      直流無刷電機在技術層面以及進入門檻的要求都比其他電機(如交流、直流有刷)更高,因此擁有較高的附加值;同時在面臨能源短缺及環保要求雙重壓力下,高效率環保產品自然成了追求的目標,而采用直流無刷電機設計的產品輕松符合以上要求。

       

          直流無刷電機控制驅動上可采用方波驅動(Trapezoidal Control)或磁通正弦PWM驅動兩種控制系統算法。其中,磁通正弦驅動備受業界囑目。

          通正弦PWM

          僅依靠3個霍爾零件無法順利產生正弦波相電流控制信號,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,如此方能產生所需的正弦波。但位置編碼器的高成本卻不是一般應用所能接受的,空間向量調制應運而生。

          空間向量調制PWMSVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的,用控制器不同的開關模式所產生的實際磁通去逼近基準圓磁通,由它們的比較結果決定控制器的開關,形成PWM波形。此法從無刷電機的角度出發,把控制器和電機看作一個整體,以內切多邊形逼近圓的方式進行控制,使直流無刷電機獲得幅值恒定的圓形磁場(正弦磁通)

          具體方法又分為磁通開環方式和磁通閉環方式。磁通開環法用兩個非零向量和一個零向量合成一個等效的電壓向量,若采樣時間足夠小,可合成任意電壓向量。此法輸出電壓比正弦波調制時提高15%,諧波電流有效值之和接近最小。磁通閉環方式引入磁通反饋,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,根據誤差決定產生下一個電壓矢量,形成PWM波形。這種方法克服了磁通開環法的不足,解決了直流無刷電機低速時,定子電阻影響大的問題,減小了電機的震動和噪聲。

          在飛兆半導體產品中,有一系列無刷電機應用參考電路。其中,控制單元(Motor Control IC)-FCM8201/02具備著方波/弦波兩種驅動方式,可依不同產品用途擇一使用及多種保護功能,有別于一般MCU單元需要軟件撰寫的能力方能設計使用,降低開發技術門檻,并可大幅的縮短廠商產品開發量產時程。其他的如飛兆半導體智能功率模塊 (SPM)  (IGBT/MOSFET,HVIC)PFC、電源管理IC等,飛兆半導體皆可快速提供完整的方案。

           在不同的應用場合及產品中,方波驅動具有低切換損失以及不需要精確的轉子反饋等優點。但隨之而來的是轉矩脈動較大,較適合在大能量輸出場合使用。如載具、泵、工具機、工業用風扇及室外型產品。

           弦波驅動無刷電機有運轉平順及無震動、無噪聲的優勢,較適合場合:吸塵器、空調、冰箱、洗衣機、洗碗機、家用風扇等家用產品。

          在這個電力缺乏與環保意識抬頭的年代,降低核能發電已是所有人共同努力的目標,對于高效能電機驅動的需求也逐漸被社會大眾所接受,當然電機控制芯片的設計要求也越來越高。比如,BLDCPMSM電機的無傳感器、霍爾傳感器以及高階電機驅動器的無傳感器與PFC都是未來的發展趨勢。提供完整的設計方案與仿真軟件,除了可以簡化開發的時程,還能將電機驅動達到最優化的效率,才能有效的縮短產品上市的周期。

       

       

      此文關鍵字:直流無刷電機,無刷電機,直流無刷電機驅動器
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