先進節(jié)能直流無刷電機控制器

通正弦PWM
僅依靠3個霍爾零件無法順利產(chǎn)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(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，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，用控制器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準(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。此法從無刷電機的角度出發(fā)，把控制器和電機看作一個整體，以內(nèi)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(huán)方式和磁通閉環(huán)方式。磁通開環(huán)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(diào)制時提高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(dǎo)體產(chǎn)品中，有一系列無刷電機應(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)動方式，可依不同產(chǎn)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(shè)計使用，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)用場合及產(chǎn)品中，方波驅(qū)動具有低切換損失以及不需要精確的轉(zhuǎn)子反饋等優(yōu)點。但隨之而來的是轉(zhuǎn)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(yè)用風(fēng)扇及室外型產(chǎn)品。

弦波驅(qū)動無刷電機有運轉(zhuǎn)平順及無震動、無噪聲的優(yōu)勢，較適合場合:吸塵器、空調(diào)、冰箱、洗衣機、洗碗機、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、臺扇、吊扇……追求的要點是室內(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。以往交流電機要達到相同的功能及效率需要付出額外的控制線路及電機材料、體積提升因此成本結(jié)構(gòu)會大幅增加。直流無刷電機在具備效率及生產(chǎn)優(yōu)勢上，且具有控制單元很容易將智能功能加入來達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荷，造成芯片的損壞，并有更好的保護功能，F(xiàn)CM82XX系列內(nèi)置OCP(Over Current Protection)的設(shè)計回路。目的是讓過電流的情況下，芯片還能夠受到完整的保護。

過電流保護
FCM8201/02提供三階段的過電流保護。

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

圖4

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