AVR微控制器在BLDC電機控制中的應(yīng)用

許多汽車應(yīng)用，包括從最小的閥門到笨重的座椅，都含有運動部件，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，有刷電機在汽車應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，因為它們成本低，而且只需簡單的繼電器就能加以控制。不過，有刷電機較重，而且電刷會產(chǎn)生噪聲和電火花，并會隨著使用時間的增加而磨損。

現(xiàn)代汽車中電機的數(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。防傾斜(anti-pitch)車窗升降電機就是一個很好的示例，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，進氣和渦輪增壓器控制則是比較新穎的領(lǐng)域，這時電機及其控制器可能處于150℃的高溫下，遠遠超過125℃的標(biāo)準溫度。

目前的無刷電機控制系統(tǒng)常常采用ASIC或分立組件產(chǎn)生和控制電機繞組的脈沖電壓。功率MOSFET是常常用到的器件。要驅(qū)動MOSFET，就需要適配電路來將命令信號轉(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)動組件相結(jié)合。簡單MCU負責(zé)與汽車網(wǎng)絡(luò)進行通信，并和以模擬模式控制電機繞組的復(fù)雜驅(qū)動器級一起工作。若采用專用MCU控制簡單驅(qū)動器級，而以數(shù)字模式實現(xiàn)電機繞組控制，則可進一步提高控制回路的精度和速度。

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

無刷電機

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