長期以來,發動機控制一直處于研究和開發活動的前沿,其目標是在兩個層面上找到有效和高效的微電子解決方案,一個是計算軟件,另一個是可以在微電子層次集成的電力電子硬件硬件。
電動機控制器的目的是能夠手動或自動作用于電動機上(起停、前進-反轉、速度、扭轉和防止電壓過載)。電機控制的集成電路(ICs)在應用領域的各個方面都代表了創新的關鍵時刻,這些應用領域對成本、尺寸、性能等因素特別敏感。汽車行業和工業自動化無疑是最具代表性的行業。
市場提供不同類型的電動機,因此,控制策略取決于它們的結構。直流永磁電機的定子由兩個或兩個以上的磁極組成。另一方面,轉子由連接到機械開關的繞組組成。
無刷直流電動機的英文縮寫是BLDC,這是一種帶有永磁體的同步無刷電機,永磁體圍繞固定的電樞旋轉(圖1):其轉子和定子以相同的頻率旋轉。轉子和電機定子之間的切換不是機械的,而是電子的。不像刷直流,它不需要連接到電機軸的功能。
圖1:無刷直流電動機使用基于位置傳感器和MCU的電子開關系統,該系統確定將正時扭矩施加到電動機的開關正時
在有刷電動機中,轉子和電刷通過反轉磁場產生連續改變方向的電流。 另一方面,在無刷電動機中,電流反轉是通過微控制器控制的一組功率晶體管(通常為IGBT)以電子方式獲得的。 他們駕駛的主要問題是了解發動機的確切位置。 只有這樣,控制器才能知道要操作哪個相(圖2和3)。 通常通過使用霍爾效應傳感器或光學型傳感器來獲得轉子相對于定子的位置。
圖2:用于無刷電動機的應用電路
直流無刷電機的典型應用是無法更換零件(電刷)的,因為這些系統是密封的(例如硬盤)。
MAX14871直流電動機驅動器為電壓在4.5V至36V之間的有刷電動機提供了簡單的驅動器。 它具有無泵充電設計,可減少外部組件并降低電源電流。
圖3:有刷電機的應用電路
來自RHOM半導體的BD63005AMUV是一個三相無刷電機驅動,額定供電電壓為33V,額定輸出電流為2A(峰值3.5A)。它從霍爾傳感器產生驅動信號,通過輸入控制信號驅動PWM。此外,該電源可以使用12v或24v,并具有各種控制和綜合保護功能,使之適用于各種用途。
無刷直流電動機(BLDC)在家用電器和消費類電子產品中非常受歡迎。在這些應用中,需要高效率的標準,因此需要更好的技術來將總功率損耗降至最低。
Power Integration BridgeSwitch driver系列采用高側和低側高級FREDFET系列(快速恢復二極管場晶體管),在300w無刷直流電機驅動應用中效率超過98.5%。巨大的效率和分布式熱足跡架構消除了散熱器的需求,降低了系統成本和重量(圖4)。
BridgeSwitch提供內部故障保護功能和外部系統級監視。外部監控包括具有四個欠壓電平和一個過壓電平的直流總線感測以及驅動。
電源控制是軟件和硬件的固有組合。硬件組件由諸如IGBT、功率二極管之類的電子控制設備表示,而軟件組件是與硬件組件的(硬件組件控制)控制相關的組件,其中控制模型變得越來越復雜。
該電機控制電路的目標是快速激活和停用線圈中的電流,以最小的開關或傳導損耗。它需要使用MOSFET和IGBT。這兩種半導體器件均滿足電機控制的需求,事實證明適用于不同的應用場合。在大多數應用中,它們用于H橋配置,在這種結構中,它們可以完全控制電動機的速度和方向。
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