大比特商务网 |资讯中心 |技术论坛 |解决方案 登录 注册 |电子刊 |招聘/求职
您的位置:微电机世界网 >>技术与应用 >>新闻

驱动单相BLDC电机如何使用低成本单片机驱动单绕组单相无刷直流电机

2016-03-18 18:21:48     来源:Microchip Technology Inc     作者:Microchip Technology Inc.团队主管Mark Pallones应用工程师Mike Gomez    

【大比特导读】对于低功耗电机应用,成本比复杂性更为重要,并且对转矩的要求较低,因此单相无刷直流(BLDC)电机是三相电机不错的替代方案。



对于低功耗电机应用,成本比复杂性更为重要,并且对转矩的要求较低,因此单相无刷直流(BLDC)电机是三相电机不错的替代方案。

此类电机结构简单,易于制造,因此成本较低。此外,它只需要使用单位置传感器和一些驱动器开关即可控制电机绕组并为其供电。因此,可以轻松地在电机和控制用电子元器件之间做出权衡。为保持成本效益,需要使用低成本的电机驱动器。本文介绍的驱动器电路会利用两个反馈回路。一个是内层回路,负责控制换向;另一个是外层回路,负责控制转速。电机转速以外部模拟电压作为参考,而且会检测出过流和过温故障。

图1显示了基于Microchip的8位单片机PIC16F1613的单相驱动器。选择这款单片机是因为其引脚数较少,并且片上外设可以控制驱动器开关、测量电机转速、预测转子位置以及实现故障检测。本应用使用以下外设:互补波形发生器(CWG)、信号测量定时器(SMT)、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、捕捉/比较/脉宽调制(CCP)、固定参考电压(FVR)、定时器、比较器和温度指示器。上述外设通过固件在内部进行连接,因此可减少所需的外部引脚数。

图1:单相BLDC驱动器框图

全桥电路为电机绕组供电,且由CWG输出进行控制。霍尔传感器用于确定转子位置。流过电机绕组的电流通过检测电阻Rshunt转换为电压,从而实现过流保护。转速以外部模拟输入作为参考。图2显示了电机驱动器控制框图;对于本应用,电机额定电压为5V,额定转速为2400转/分钟。电机驱动器电源电压为9V。参考转速可以是任一模拟输入。单片机的ADC模块具有10位分辨率以及最多8个通道,因此适用于各类模拟输入。ADC模块用于提供参考转速和初始PWM占空比,从而根据参考转速源对电机转速进行初始化。

图2:电机驱动器控制框图

初始占空比可根据比例积分(PI)控制器的结果以及CCP中加载的新占空比值进行增减,相应的PWM输出用作CWG的初始源以控制全桥驱动器下桥臂开关的调制,从而控制电机转速。

内层回路

内层反馈回路负责控制换向。CWG输出用于控制定子绕组的激励,它取决于霍尔传感器输出的状态(霍尔传感器输出将通过比较器与FVR进行比较)。将使能比较器迟滞,以屏蔽传感器输出中的噪声。

比较器输出可在正向全桥模式与反向全桥模式之间切换,从而使电机实现顺时针或逆时针旋转。CWG输出将馈入全桥电路的开关的输入。要生成一个电气周期,必须执行一次正反向组合。电机机械旋转一周需要两个电气周期,因此必须执行两次正反向组合电机才能完成一次顺时针旋转。

全桥电路

图3所示的全桥电路主要由两个P沟道MOSFET(用作上桥臂开关)和两个N沟道MOSFET(用作下桥臂开关)组成。P沟道晶体管的主要优势在于可以在上桥臂开关位置轻松实现栅极驱动,从而降低上桥臂栅极驱动电路的成本。虽然上桥臂开关和下桥臂开关可同时开关(跨导),但应避免这种开关操作,否则将产生直通电流,导致驱动器元件损坏。为避免这种操作,可使用CWG的计数器寄存器来实现死区延时。这样可避免输出信号发生重叠,继而防止上桥臂和下桥臂同时导通。理想情况下,N沟道MOSFET和P沟道MOSFET应具有相同的导通电阻(RDSon)和总栅极电荷QG,以便获得最佳的开关特性。因此,最好选择一对互补的MOSFET来匹配上述参数。但实际上,由于互补MOSFET的结构不同,无法达到此要求;P沟道器件的芯片尺寸必须是N沟道器件的2到3倍才能匹配RDSon性能。但是,芯片尺寸越大,QG的影响也越大。因此,选择MOSFET时,务必先确定RDSon和QG二者中哪个对开关性能的影响更大,然后再相应地进行选择。

故障检测

若转矩负载超出允许的电机转矩负载最大值,可能会导致电机停转,从而使全部电流流过绕组。因此,为保护电机,必须实现过流和停转故障检测。要实现过流检测,可在驱动电路中添加Rshunt,该电阻会根据流过电机绕组的电流提供相应的电压。电阻两端的压降随电机电流线性变化。该电压将馈入比较器的反相输入并与参考电压进行比较,参考电压基于Rshunt电阻与允许的电机停转电流最大值之积。参考电压可由FVR提供,并可通过DAC进一步缩小。这样便可以使用非常小的参考电压,从而将电阻保持在较低水平,进而降低Rshunt的功耗。如果Rshunt电压超出参考电压,比较器输出会触发CWG的自动关断功能,并且只要故障存在,CWG的输出便会保持无效状态。

过温故障可通过器件的片上温度指示器进行检测,温度指示器的测量范围为-40˚C至+85˚C。指示器的内部电路会随着温度的不同而产生不同的电压,然后通过ADC将此电压转换为数字量。为提高温度指示器的精确度,可实施单点校准。

声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我

们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。

  • 赞一个(
    1
    )
  • 踩一下(
    0
    )
分享到:
阅读延展
MOSFET BLDC电机 电机驱动器
  • 使用碳化硅MOSFET提升工业驱动器的能源效率

    使用碳化硅MOSFET提升工业驱动器的能源效率

    意法半导体的碳化硅MOSFET技术,不但每单位面积的导通电阻非常之低,切换效能绝佳,而且跟传统的硅基续流二极体(FWD)相比,内接二极体关闭时的反向恢复能量仍在可忽略范围内。

  • Trinamic推出三组BLDC/PMSM电池供电电机的高效驱动器

    Trinamic推出三组BLDC/PMSM电池供电电机的高效驱动器

    汉堡,2020 年 4 月 20 日– TRINAMIC 运动控制有限公司宣布推出最新的电池驱动解决方案电机驱动器 IC。带有集成功率 MOSFET 和电荷泵的微型三相电机驱动器 IC 非常适用于 BLDC 和 PMSM 电机,它们仅需一个锂离子电池或双节 AA 电池即可提供高达 2A 峰值和 2V(1.8V)…11V DC 的电压。

  • 超高压晶体管问世 旨在提高电动车的续航能力和效率

    超高压晶体管问世 旨在提高电动车的续航能力和效率

    近日,美国布法罗大学科研团队开发了一种新形式的功率MOSFET晶体管,据了解,通过开发一种能够以极小的厚度处理极高电压的MOSFET,布法罗团队希望其工作能够为电动车领域、机车、飞机等领域,尤其是汽车电子领域。

  • MPS新款三相无刷直流电机,让电机设计更灵活

    MPS新款三相无刷直流电机,让电机设计更灵活

    内部功率MOSFET栅极预驱动具有自动死区时间控制功能,可以防止在切相时出现直通 ,同时自动同步整流功能可以消除续流电流,以实现最大效率。其内部安全功能包括过温关断,欠压锁定和过流保护。

  • 东芝面向汽车ECU推出MOSFET栅极驱动器开关IPD

    东芝面向汽车ECU推出MOSFET栅极驱动器开关IPD

    TPD7107F采用东芝的汽车级低导通电阻N沟道MOSFET[2],适用于负载电流的高侧开关。

  • 意法半导体推出首款航天级可配置集成限流器

    意法半导体推出首款航天级可配置集成限流器

    据了解,单片关键任务保护,QML-V认证,现已投产,用于防止电涌和过载烧毁航天电子设备,该套全集成解决方案不仅简化设计,降低物料清单(BOM)成本,还减轻了系统重量,节省电路板空间高达93%,便于电路设计人员灵活控制芯片,可通过外部P沟道MOSFET来管理负载。

  • 贸泽推出Qorvo PAC5527可编程电源管理解决方案 适用于BLDC电机控制

    贸泽推出Qorvo PAC5527可编程电源管理解决方案 适用于BLDC电机控制

    专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始备货 Qorvo 的 PAC5527 48 V 电源应用控制器® (PAC)。此款用于无刷直流 (BLDC) 电机的电荷泵电机控制器和驱动器集成了多项功能,可提供基于微控制器的紧凑型电源和电机控制解决方案。

  • AOS推出新系列智能功率模块—IPM7 一款应用于电机驱动的高能效、紧凑耐用型产品

    AOS推出新系列智能功率模块—IPM7 一款应用于电机驱动的高能效、紧凑耐用型产品

    日前,集设计研发、生产和全球销售一体的著名功率半导体及芯片供应商 Alpha and Omega Semiconductor Limited(AOS,纳斯达克代码:AOSL)推出一款全新智能功率模块AIM702H50B,这是一款优化空间设计,满足电机驱动紧凑尺寸要求的高能效产品,可应用于家用电器和空调中的风扇电机等低功耗BLDC电机驱动系统。

  • 精彩回顾:高效能BLDC电机控制MCU及解决方案

    精彩回顾:高效能BLDC电机控制MCU及解决方案

    2020年5月29日上午,国民技术产品市场经理张海鹏进行直播演讲,其演讲主题为高效能BLDC电机控制MCU及解决方案。以下是本场直播的精彩内容。

  • 电机控制技术分享,国民技术大咖在线直播!

    电机控制技术分享,国民技术大咖在线直播!

    大比特资讯将邀请国民技术产品市场经理于2020年5月29日上午10:00-11:00主办一场企业线上专题直播活动。直播主题为国民高效能BLDC电机控制MCU及解决方案,欢迎报名参与!

  • 1小时搭建双FOC电机控制平台

    1小时搭建双FOC电机控制平台

    国民技术近期发布了多BLDC电机磁场定向控制技术及解决方案,通过电子发烧友平台进行了直播介绍,反响热切,针对电机控制应用,公司提出了“1小时计划”,让用户在1个小时内就能快速上手并使用该方案,1小时内掌握简单易用的电机开发套件。国民技术所有同类电机控制新产品方案,均采用同样风格的用户界面

  • 贸泽推出Qorvo PAC5527可编程电源管理解决方案  适用于BLDC电机控制

    贸泽推出Qorvo PAC5527可编程电源管理解决方案 适用于BLDC电机控制

    2020年3月23日 – 专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始备货Qorvo的PAC5527 48 V 电源应用控制器® (PAC)。此款用于无刷直流 (BLDC) 电机的电荷泵电机控制器和驱动器集成了多项功能,可提供基于微控制器的紧凑型电源和电机控制解决方案。

微信

第一时间获取电子制造行业新鲜资讯和深度商业分析,请在微信公众账号中搜索“大比特商务网”或者“big-bit”,或用手机扫描左方二维码,即可获得大比特每日精华内容推送和最优搜索体验,并参与活动!

发表评论

  • 最新评论
  • 广告
  • 广告
  • 广告
广告
Copyright Big-Bit © 1999-2013 All Right Reserved 大比特资讯公司 版权所有      未经本网站书面特别授权,请勿转载或建立影像,违者依法追究相关法律责任