无传感器 BLDC 电机控制

出处:维库电子市场网时间:2023-09-11
    过去几年,BLDC 电机的使用量稳步增加,因为这些电机的成本及其控制技术有所下降,并且它们相对于其他电机类型的优势变得更加重要。因此,Zilog 开发了一种使用 Z8 微控制器的应用程序,以提供电机从怠速到运行速度的无缝启动、旋转方向的即时反转、极快的故障检测周期以及更低的总转速。解决方案成本。
    该实施的主要特点包括:
    平滑的 S 曲线电机启动,降低启动电流
    使用锁相环反馈的无传感器(反电动势)控制
    基于微控制器的过流保护
    可选择的速度或扭矩设置
    可选择速度或扭矩控制
    可选择控制电机方向
    LED 指示速度
    LED行驶指示
    LED故障指示
    讨论
    白色家电、汽车、航空航天、医疗和工业自动化等行业的变速电机应用越来越多地使用 BLDC 电机,而不是其他类型的电机(例如有刷直流和交流感应电机)。与其他电动机相比,BLDC 电动机的结构具有多种优势。首先,由于 BLDC 电机采用电子换向,因此与有刷直流电机相比,其使用寿命更长,并且由于电机上的电刷不需要清洁和更换,因此需要的维护更少。BLDC 电机的运行也更加安静,无论是电气上还是听觉上,因为该电机既不会出现电刷电弧,也不会出现其他类型电机的机械换向。由于绕组连接到定子,因此 BLDC 电机通常每机架尺寸可产生更高的输出。运行时产生的热量可以直接传递到电机外壳,以实现更凉爽的运行。,BLDC 电机将大大降低电力和摩擦损耗,因为它不需要通过电刷传输动力。
    操作原理
    在无刷直流电机中,转子使用永磁体,而定子绕组与交流感应电机中的类似。换向由电刷位置控制。然而,在 BLDC 电机中,换向由支持电路控制。因此,转子的位置必须反馈到支持电路以实现正确的换向。
       图 1 三相电机控制系统
    硬件架构
    本设计中使用的 MOSFET 是 IXYS 高效沟槽栅极功率器件。为了控制小型 30W BLDC 电机,选择了 IXYS 部件号 IXTP64N055T。然而,这种设计可以扩展,以满足大多数三相 BLDC 电机(从 1 瓦到 5 千瓦)的需求。为了支持更大的电机,主要的设计变化在于电源转换部分,其中包括保险丝和 MOSFET。IXYS 系列功率 MOSFET 包括模块和分立器件,提供多种封装,以满足应用的特定机械要求。它们还具有多种额定功率,可支持超过 500A 的电流。
    软件架构
    Z8安可!MC? 系列微控制器具有高达 16 KB 的闪存,基于 Zilog 先进的 eZ8 8 位 CPU 内核,可提供单相和多相变速电机的闭环控制。目标应用包括大型电器、暖通空调、工业自动化和消费电子产品。在 Zilog 的每台 Z8 Encore! 中 MC 产品的新颖器件架构允许实现许多增强的控制功能,包括用于速度控制的时间戳、集成运算放大器和故障响应。
      图 2 初始化和应用程序代码空间流程
    该实现提供了对电机的控制,同时为额外的应用程序代码留出了足够的资源。即使使用非常小且经济高效的 8 位 MCU,额外的 13 KB 闪存和 420 字节 RAM 也可用于额外的用户应用代码。
    测试
    使用的设备 本节提供有关如何运行代码和演示此应用程序的信息,包括用于构建实现的设备、其配置及其测试结果。
    以下设备用于设置:
    Zilog Z8FMC16 MDS 模块 (99C0987-001) – Z8FMC16100KITG
    Zilog 三相电机控制应用板 (99C0960-001)
    LINIX 三相 BLDC 电机 24VDC,30W 3200RPM (45ZWN24-30)
    光电隔离 USB 智能电缆
    Z8FMC16 MCU 的 5V 直流电源
    BLDC 电机的 24 V DC 电源
    数字示波器或逻辑分析仪
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