电机驱动方案调研

只看该作者 · 2023-1-30 10:59

本帖最后由上下而求索于 2023-1-30 11:10 编辑

BLDC电机驱动MCU
涉及峰岹、凌鸥、中颖等，还有灵动微、华大、华芯微特等；国外有TI、ST。

PWM模块和PWMT模块对照ST的高级定时器和通用定时器功能，相关功能见笔者发表的CSDN博客：(1条消息) PWM与PWMT_Yuule的博客-CSDN博客

详情采访记录可见附件《关于BLDC电机驱动MCU的系列问题》

详情算法说明可见附件《BLDC&PMSM算法说明》

git开源项目iBLDC iBLDC/BLDC的六步法&PMSM的FOC法综合.md at master · Staok/iBLDC (github.com)

只看该作者 · 2023-1-30 11:11

电机驱动架构
方案
一般的电机驱动方案如下表所示

只看该作者 · 2023-1-30 12:41

框架
根据上表的电机方案，

按照MCU硬件架构分类可以分成两类，一类是带驱动，另一类是不带驱动。

只看该作者 · 2023-1-30 12:41

本帖最后由 qsrg51 于 2023-1-30 12:43 编辑

其中带驱动的还有三类详细划分，分别是GATE/3P3N/6N，下图以凌欧MCU示例，

凌欧LKS32MC066

只看该作者 · 2023-1-30 12:42

本帖最后由 qsrg51 于 2023-1-30 12:44 编辑

LKS32MC061

只看该作者 · 2023-1-30 12:44

邵峰FU6832

只看该作者 · 2023-1-30 12:54

详情见下表对比，由于各家芯片较多仅选取部分具有代表性的MCU。

只看该作者 · 2023-1-31 10:56

只看该作者 · 2023-1-31 10:58

电机
电机种类非常丰富，可以按照工作电源种类、用途以及结构和工作原理划分，详情见下图，

图电机分类
随着技术进步，目前主流技术是无刷电机，这里主要关注无刷直流电机BLDCM和永磁同步电机PMSM。

只看该作者 · 2023-1-31 11:00

结构

BLDCM与PMSM电机在基本架构上是相同的，他们都具有转子永磁体，定子绕组；且由转子与定子的相互作用产生电机转矩，根据右手螺旋定则，通过线圈绕组方向和电流方向可以判断线圈磁极方向，但在细节设计和控制上存在区别。

只看该作者 · 2023-1-31 11:02

BLDCM起初是用于替代有刷电机，自然的驱动方式也是方波控制，于是为了最大化利用其特性，电机转子会设计成有方波磁场的、径向距离相等的等厚磁铁。于是电机的反电动势会趋于梯形波。

PMSM以正弦波驱动，为了最大化正弦波利用率，电机磁场会被设计为正弦波磁场（这里我们不展开讨论气隙磁场、磁密谐波），反电动势也随之具有正弦性。

只看该作者 · 2023-1-31 11:04

只看该作者 · 2023-1-31 11:08

PWM与驱动算法
PWM介绍
脉冲宽度调制，PWM调制方式有很多种，后续在<电机应用和算法>中关注电机控制中主流的三种即方波调制，SPWM和SVPWM。

只看该作者 · 2023-1-31 11:10

普通的PWM，通过递增/递减计数器，可根据需求生成不同占空比的方波。

只看该作者 · 2023-1-31 11:10

互补PWM输出，一对互补PWM可输出两组占空比互补的方波，示例如下图，、

只看该作者 · 2023-1-31 11:11

只看该作者 · 2023-1-31 11:18

算法&PWM调制方式
可见框架图片目录下图片说明。

只看该作者 · 2023-1-31 11:29

120°调制方波

利用霍尔值(每个电气周期6次变化)，改变UVW相电流流向，但同一霍尔值内电流流向不变，任何时刻只能一相的上桥和另一相的下桥导通，这种控制方式简单，但存在最大60度的转矩偏角，效率降低，同时会伴有转动噪音。

只看该作者 · 2023-1-31 11:36

当然我们可以通过增加绕组和极对数来减小上述提到的60°颗粒感。

只看该作者 · 2023-1-31 11:36