無傳感器控制無刷直流電機方法
來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發布時間：2019-05-29 19:20
那么，無刷直流電機控制方法有很多種，但是最近很多朋友問起無傳感器控制的無刷直流電機是怎么運動的？又是如何控制的？今天就和大家一起探討一下。
無刷直流電機已經成為了我們生活中不可或缺的一部分了，不論我們走到哪里都有無刷直流電機的身影，比如房子里的風扇、烘干機、洗衣機等等，電動機占我們每天使用的能量的很大一部分，因此我們可以更有效地旋轉電機，和壓縮機，洗滌和烘干我們的衣服，甚至混合了關鍵的冰咖啡飲料，用于我們下午的咖啡因。電動機占我們每天使用的能量的很大一部分，因此我們可以更有效地旋轉電機，我們可以節省更多的能源。而且，因為它們在如此多的產品中并且執行許多不同的功能，所以能夠精確地控制電動機是非常重要的任務。
鑫海文為任何類型的電動機系統提供電機控制解決方案。特別數字信號控制器（DSC）和PIC24微控制器（MCU）產品可以對電機進行數字控制，為電機控制系統帶來精確的控制和效率。鑫海文最新的dsPICDSC產品具有創新功能和低價格，可滿足無傳感器無刷直流系統的需求。
無傳感器控制無刷直流電機的方法：
最受歡迎的電機類型之一是無刷直流電機（BLDC）。直流無刷電機的關鍵特性是它沒有刷子！BLDC內部是一個永久磁鐵，連接在旋轉的軸或轉子上。直流無刷電機具有圍繞轉子定位的三組線圈。
然而，當轉子與由通電線圈產生的磁場對準時，旋轉動作停止。為了保持轉子運動，線圈以特定的順序通電，彼此相位相差120°。這就是直流無刷電機成為“三相電機”的原因。參見下圖
圖1：為了保持轉子運動，線圈以特定順序通電，彼此異相120°。
使線圈通電和斷電以保持轉子旋轉的過程稱為換向。使BLDC成為具有吸引力的電動機的原因在于，電轉換發生，而轉子和線圈之間沒有任何機械相互作用。這使得直流無刷電機非常可靠并且同時相對便宜地構建。控制直流無刷電機的挑戰是知道何時換向，因為換向必須在旋轉期間的精確點處發生，以使電機具有最大扭矩和平穩操作。大多數直流無刷電機系統使用霍爾效應傳感器來檢測軸在其旋轉的位置，從而檢測何時換向。這會在布線和傳感器中引入更多成本，并導致另一個故障點。更先進的系統是通過檢測電機旋轉產生的反電動勢（反電動勢）來完全消除傳感器，并根據電機的反電動勢計算何時換向。數字信號控制器，如dsPICDSC，大大簡化了這種“無傳感器”電機控制系統的實現。
字信號控制器提供MCU的所有功能，使用這些方便的“工具”，幾乎可以對任何電機類型進行數字控制。Microchip關于無傳感器直流無刷電機控制的應用筆記AN1160中描述了一個示例，其中包括易于理解的示例軟件。此外，市場上有許多電機控制工具使學習變得簡單但通常成本過高。打破這一成本障礙的是Microchip的90美元電機控制入門套件（圖2）。該套件采用Microchip最新的低成本，高性能dsPICDSC。通過先進的電機控制系統，我們來看看無傳感器BLDC系統的工作原理以及低成本無傳感器BLDC開發系統的外觀。
再看一下圖1.注意總是有一個線圈（或相位）沒有被驅動？電機的反電動勢將在此階段可見，因為它沒有被驅動。通過檢測該相的電壓，可以重建該相的反電動勢波形。通過精心計時，可以對電機的每個相位進行此操作，從而可以重建所有三個反電動勢信號。由于換向時間基于電機的反電動勢，因此可以從重建的反電動勢波形中找到換向時間，從而無需傳感器。有關反電動勢采樣，重建反電動勢波形以及檢測何時應進行換向的詳細信息，請參見許多供應商提供的眾多應用說明。Microchip的應用筆記AN1160使用過零方法來檢測何時進行換向，并在采樣的反EMF波形上使用數字濾波器，以降低通過切換電機驅動器引入的噪聲。其他供應商在其應用筆記中使用類似的方法來實現無傳感器BLDC控制。
雖然應用筆記和示例軟件在解釋無傳感器BLDC系統如何工作方面非常有用，但現實世界是一個更好的老師。旋轉真實的電機并在真實的數字信號控制器上執行軟件可以快速地說明許多概念，這些概念可能只是通過閱讀應用筆記而容易被誤解。為此，有許多無傳感器BLDC開發板可供使用。Microchip的電機控制入門工具包（MCSKDM330015-ND）是目前市場上價格最低，功能最齊全的電路板之一。MCSK包括一個高性能dsPIC數字信號控制器，一個板載USB編程器和調試器，一個直流無刷電機驅動器和一個直流無刷電機。見圖2。
學習需要能夠看到系統中的所有信號，因此MCSK包含測試點，可以輕松連接示波器并查看所有重要信號，包括輕松訪問電機相位。MCSK還采用了Microchip的電容式觸摸技術，該技術可實現創新且可靠的人機界面。所有內置都安裝在電路板上，包括電機，只需一塊電路板即可在任何地方進行學習型無傳感器直流無刷電機控制。
MCSK上包含的dsPICDSC是Microchip的新型超低成本dsPIC33FJ16MC204。該器件具有16MIPS，16KB閃存，具有足夠的性能，存儲器和外設，適用于無傳感器直流無刷電機控制。外設集包括Microchip業界領先的電機控制PWM模塊，極大地簡化了為電機驅動器生成PWM信號的過程。還包括標準通信外設，如UART，I²C™和SPI。這些新器件還包括Microchip的電容式觸摸外設，可實現電容式觸摸傳感和精確的電流測量。對于要求更高的應用，Microchip還提供了到40和60MIPS處理器的簡單遷移路徑，這些處理器兼容代碼和功能，內存容量范圍為32KB至512KB閃存。
電機和電機控制方法為我們周圍的系統帶來了更高的效率和可靠性。直流無刷電機的低成本和高可靠性將繼續使其成為電動機系統的流行選擇。通過降低成本和提高可靠性，無傳感器BLDC控制也將繼續普及。開發工具和軟件，如Microchip的MCSK和應用筆記AN1160，將進一步加速這一趨勢，使電機傳感器成為過去。
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