百科知识

无感BLDC启动算法,让你的电机启动更顺滑,体验更佳

行业资讯平台电子发烧友(记者 李宁远)获悉,当前无论是工业自动化、汽车电子还是智能家居等下游应用领域,对永磁同步无刷直流电机(BLDC)的控制性能提出了更为严苛的要求。这些应用场景不仅要求电机具备高效率与多功能调节能力,更需要在追求高转速的同时,实现低噪音、低振动的运行效果。在性能标准持续提升的市场环境下,高性能BLDC电机驱动控制芯片凭借满足高需求、高标准的市场机遇,正迎来蓬勃发展期。

回顾先前关于BDC电机的分析文章可以发现,尽管BLDC电机并非成本敏感型应用的首选方案,但其在使用寿命方面具备显著优势。长期来看,BLDC控制器的平均使用寿命是标准直流电机的五倍。同时,BLDC电机系统在整个使用寿命周期内能够保持相对稳定的性能表现。从项目全生命周期的成本效益角度考量,BLDC电机无疑是当前最具经济性的选择之一。

目前,国内众多厂商已相继推出BLDC电机驱动芯片及配套解决方案,其性能表现与国际品牌的产品不相上下,且具备更高的性价比优势。在技术支持方面,国内厂商能够及时响应客户需求,提供高效的技术服务。在中国BLDC芯片市场格局中,磁场定向控制(FOC)技术几乎已成为行业标配,各家企业都在FOC技术基础上,通过集成更多辅助外设来增强产品竞争力。

峰岹科技始终专注于高性能电机驱动控制芯片的研发设计以及核心应用控制算法的优化。该公司推出的驱控芯片已广泛应用于工业设备、运动控制系统、电动工具等多个应用领域。其驱动控制系列芯片已实现高稳定性、小型化封装、低功耗、低成本和高集成度等多项技术指标。

针对对噪音控制、使用寿命及运行效率有较高要求的特定应用场景,峰岹科技的三相静音ASIC系列产品表现尤为突出。该系列结合行业无感FOC发展趋势,推出了三相全内置无感FOC的FT8213(12V 1A)、三相全内置无感FOC的FT8215(12V 1.8A)以及三相内置驱动无感FOC的FT8102等多款型号。

FT8215作为一款专为三相无传感器FOC控制直流无刷马达设计的驱动IC,内置了驱动MOSFET。该芯片高度集成电机控制所需的核心部件,大幅减少了外围元器件的数量。

(电机驱动控制集成电路,峰岹科技)

FT8215集成了EEPROM存储单元,可灵活配置客户电机参数、启动模式以及调速方式。在调速接口设计上,支持PWM、模拟输入和I2C三种调节电机转速的方式,并集成转速指示功能,用户可通过FG引脚或I2C接口实时监测电机转速。速度控制模式包括恒转速、恒电流和开环控制等多种选项,同时具备电机转速指示功能。此外,该芯片还内置了过流、欠压、过温、堵转等多重保护机制,睡眠电流仅为40uA,驱动电流最高可达2A。

在FOC控制策略下,电机换向性能在最高转速条件下的正反转切换表现出极高的流畅度。通过Clock调速和PWM调速两种方式,FOC控制下的BLDC电机能够实现更低的震动和噪音,以及更快的响应速度。

在封装设计方面,该系列产品采用QFN24封装形式,具有良好的电学性能和热学性能,同时体积小巧、重量轻便。唯一的不足之处在于,QFN24封装的返修操作相对复杂。

ChipON的KF32系列针对BLDC电机应用进行了FOC控制优化,并在实际应用中验证了其优异性能。

目前,ChipON为BLDC电机应用专门开发了三款驱控MCU产品,分别是KF32A141、KF32F341和KF32A151。

(KF32A141微控制器,ChipON)

KF32A141系列是基于KF32内核架构设计开发的车规级32位单片机。KF32A141最高主频可达48MHz,内置Flash存储空间最高128KB。该芯片拥有丰富的外设资源,包括CAN2.0控制器、ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)、放大器、PWM(脉宽调制)以及ECCP等模块。

KF32A141的ECCP模块可输出6路PWM信号,通过采样电阻将电流信号转换为电压信号,再经由片内集成的运算放大器模块进行差分放大处理,最终将采样值输入FOC算法进行闭环控制,从而精确调整PWM输出的占空比,实现电机转速的稳定控制。ECCP模块下的PWM支持多种工作模式,同时兼容PWM信号边沿对齐和中心对齐两种对齐方式。在每个PWM通道上,KF32A141都设置了独立的死区定时器,便于实现精确的死区控制。

ChipON凭借其强大的内核性能,在BLDC电机应用领域展现出卓越表现。即使在没有任何硬件算法加速的情况下,其无感FOC控制技术也能实现高达240000RPM的电机转速。

灵动微电子推出的MM32SPIN360C是一款采用高性能Arm Cortex-M0内核的32位微控制器,最高工作频率可达96MHz。该芯片还集成了运算放大器和比较器等辅助外设。此外,灵动微电子还推出了更高集成度的MM32SPIN422C产品,其内置了6个N通道的MOSFET以及5V的LDO稳压器,支持12V系统电压工作,是电机芯片领域内集成度较高的产品之一。

(MM32微控制器,灵动微电子)

MM32SPIN360C针对BLDC电机应用进行了特别优化,内置了3个运算放大器、3个比较器,并采用了主流的FOC控制技术。该芯片内置了三组带有自举二极管的N通道半桥栅极驱动器,最高支持80V电压工作。MM32SPIN360C最突出的特点是其丰富的外设配置,包括2个12位的ADC、2个比较器、3个运算放大器以及2个16位高级定时器。除此之外,还提供了标准的通信接口,如1个I2C接口、1个SPI接口和2个UART接口。这些丰富的外设资源,使得MM32SPIN360C在BLDC电机领域备受青睐。

BLDC电机正越来越多地应用于传统电机主导的应用场景。虽然初始投资成本相对较高,但这种前期投入可以通过较低的维护费用和BLDC电机更长的使用寿命得到补偿。在FOC技术已成为各大国内厂商标配的背景下,高集成度和更多外设配置正成为各厂商竞争的关键焦点。