【導(dǎo)讀】無刷直流（BLDC）電機(jī)和永磁同步電機(jī)（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機(jī)帶來更高的效率和更長的壽命，因而在許多應(yīng)用中越來越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機(jī)利用電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，并通過外部電路來調(diào)節(jié)相電壓及電流來實(shí)現(xiàn)。
超越傳統(tǒng)有刷電機(jī)
無刷直流（BLDC）電機(jī)和永磁同步電機(jī)（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機(jī)帶來更高的效率和更長的壽命，因而在許多應(yīng)用中越來越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機(jī)利用電子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，并通過外部電路來調(diào)節(jié)相電壓及電流來實(shí)現(xiàn)。
此類電路固然增加了一些復(fù)雜性，但與傳統(tǒng)有刷電機(jī)相比，BLDC和PMSM具備很大優(yōu)勢——對比以相同速度運(yùn)行的有刷電機(jī)，其電子換向方案可將能效提升20%至30%，而且更耐用、更小、更輕、更安靜。
磁場定向控制（FOC）是一種用于PMSM的控制技術(shù)，在最大限度減少轉(zhuǎn)矩紋波和擴(kuò)大速度工作范圍方面性能優(yōu)越。目前，這一技術(shù)正變得越來越流行，并開始出現(xiàn)在成本更高、性能更強(qiáng)的電動工具和白色家電中。在微控制器（MCU）上進(jìn)行嵌入式編程是實(shí)現(xiàn)FOC相關(guān)特性和功能的常見選擇，同時還能在優(yōu)化整體解決方案的同時滿足每個應(yīng)用的要求。
本篇博文概述了Qorvo設(shè)計(jì)峰會相關(guān)網(wǎng)絡(luò)研討會的內(nèi)容。該研討會探討了基于FOC的BLDC/PMSM電機(jī)設(shè)計(jì)，包括如何對微控制器芯片編程以訪問并管理電機(jī)運(yùn)行的示例，請點(diǎn)擊閱讀原文查看。
磁場定向控制的基本原理
在任何有關(guān)無刷電機(jī)的討論中，都會經(jīng)常出現(xiàn)正弦波、梯形波和磁場定向控制等術(shù)語。理解這些術(shù)語是掌握基本概念的第一步。設(shè)計(jì)峰會的相關(guān)視頻對此進(jìn)行了概述，并在本章節(jié)中做簡要總結(jié)。在使用電池或其它直流電源的典型電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，功率級提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機(jī)的電流驅(qū)動可基于六步梯形控制或磁場定向控制。
在任何有關(guān)無刷電機(jī)的討論中，都會經(jīng)常出現(xiàn)正弦波、梯形波和磁場定向控制等術(shù)語。理解這些術(shù)語是掌握基本概念的第一步。設(shè)計(jì)峰會的相關(guān)視頻對此進(jìn)行了概述，并在本章節(jié)中做簡要總結(jié)。在使用電池或其它直流電源的典型電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，功率級提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機(jī)的電流驅(qū)動可基于六步梯形控制或磁場定向控制。
圖1：梯形控制和FOC的區(qū)別
在采用梯形控制的設(shè)計(jì)中，電流僅在兩個相位中傳導(dǎo)；在浮動相位時，則會獲取傳感器讀數(shù)。此時，可監(jiān)測反向電動勢（BEMF）的值以推斷轉(zhuǎn)子位置。雖然BLDC電機(jī)設(shè)計(jì)通常具有較高的轉(zhuǎn)矩紋波，但這種方法更簡單，實(shí)施成本也更低。
PMSM電機(jī)的FOC實(shí)現(xiàn)在三個相位中的每一個相位均導(dǎo)通電流；每個相位的電流、電壓和功率，與其它相位的電流、電壓和功率偏移120度。這種方式最大限度地減少了轉(zhuǎn)矩紋波；電機(jī)角度也連續(xù)更新。此類正弦波控制主要用于PMSM電機(jī)，需要更復(fù)雜的電子監(jiān)測控制電路。交流電機(jī)的控制基本上等同于使用FOC控制直流電機(jī)。
如圖2所示，轉(zhuǎn)矩由電流控制環(huán)路監(jiān)測和控制。來自三相逆變器的反饋信息被饋送至電流感應(yīng)電路，并中繼到控制回路，以保持精確的扭矩水平。電機(jī)位置模塊對電壓和電流值進(jìn)行采樣，通過一系列變換操作提供電機(jī)的角度和速度水平。
圖2：基于FOC實(shí)現(xiàn)的基本組件
其他要點(diǎn)
前文對FOC基本原理的概述，為您展現(xiàn)了一個堅(jiān)實(shí)的框架模型，以便更好地理解固件如何用于個別功能的配置。相關(guān)設(shè)計(jì)峰會視頻對典型流程進(jìn)行了更詳細(xì)的解釋，涵蓋以下內(nèi)容：
Qorvo的FOC解決方案與可用IP列表，以及對部分功能的深入介紹
如何運(yùn)行電機(jī)的分步說明，包括：
1)硬件設(shè)置
2)固件準(zhǔn)備
3)電機(jī)參數(shù)識別——自動調(diào)諧
4)通過GUI或調(diào)諧后的電機(jī)參數(shù)文件(.xml)操作電機(jī)
5)調(diào)試工具及更多信息
電機(jī)控制技術(shù)的巨大進(jìn)步，為充分利用BLDC/PMSM電機(jī)的效率、功率處理和可管理性并進(jìn)行創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了大量機(jī)會。
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