AVR微控制器在BLDC電機(jī)控制中的應(yīng)用

許多汽車應(yīng)用，包括從最小的閥門到笨重的座椅，都含有運(yùn)動(dòng)部件，而速度可能從每分鐘數(shù)十轉(zhuǎn)到數(shù)千轉(zhuǎn)不等。一直以來，有刷電機(jī)在汽車應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，因?yàn)樗鼈兂杀镜停抑恍韬唵蔚睦^電器就能加以控制。不過，有刷電機(jī)較重，而且電刷會(huì)產(chǎn)生噪聲和電火花，并會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而磨損。

現(xiàn)代汽車中電機(jī)的數(shù)量在不斷增加，因此制造商需要體積更小更輕、轉(zhuǎn)矩和速度更高并受到精確控制的電機(jī)。防傾斜(anti-pitch)車窗升降電機(jī)就是一個(gè)很好的示例，其他還有剎車和轉(zhuǎn)向助力、通風(fēng)、冷卻，以及推拉門等應(yīng)用。另外，進(jìn)氣和渦輪增壓器控制則是比較新穎的領(lǐng)域，這時(shí)電機(jī)及其控制器可能處于150℃的高溫下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過125℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度。

目前的無刷電機(jī)控制系統(tǒng)常常采用ASIC或分立組件產(chǎn)生和控制電機(jī)繞組的脈沖電壓。功率MOSFET是常常用到的器件。要驅(qū)動(dòng)MOSFET，就需要適配電路來將命令信號(hào)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾娖?。新興的解決方案之一是將微控制器(MCU) 和驅(qū)動(dòng)組件相結(jié)合。簡單MCU負(fù)責(zé)與汽車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，并和以模擬模式控制電機(jī)繞組的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)器級一起工作。若采用專用MCU控制簡單驅(qū)動(dòng)器級，而以數(shù)字模式實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組控制，則可進(jìn)一步提高控制回路的精度和速度。

a) 三相電機(jī)結(jié)構(gòu) (b) 定子3繞組(線圈)電氣表示
圖1 無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)

無刷電機(jī)

我們這里提到的無刷電機(jī)是指無刷直流(BLDC)和無刷交流(BLAC)電機(jī)。這類電機(jī)因其旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)子由永磁體制成，故又稱為永磁同步電機(jī)(PMSM)，如圖1所示。由于永磁體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生反電動(dòng)勢，被傳遞到電機(jī)繞組的能量必須與反電動(dòng)勢同相，所以電機(jī)的供電系統(tǒng)必須與轉(zhuǎn)子的位置同步。不過BLDC和BLAC電機(jī)非常類似，BLDC電機(jī)每個(gè)繞組的反電動(dòng)勢波形為梯形，因而所有繞組電壓之和是連續(xù)的。BLAC電機(jī)每個(gè)繞組的反電動(dòng)勢是正弦波形，所有繞組電壓的總和是多相AC電壓。