[应用笔记]

BLDC电机应用

[复制链接]
603|9
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
gejigeji521|  楼主 | 2023-3-14 22:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
对旋转电机整体进行分类,可分为发电机和电动机。发电机是用来产生电能的,它的种类和电动机相对比要少很多。电动机的应用范围更广,对其也有更详细的分类和研究。我们通常所说的旋转电机一般狭义地指电动机。
按照电机结构和工作原理对电动机分类如下:
15221641082bab65f9.png
图1:电机分类
我们把重点放在永磁同步电机上,通常提到的无刷直流电机-BLDC,是通过逆变器交流变频控制的,所以本质上它也是永磁同步电机的一种。这两种同步电机是根据反电势的不同来进行区分命名的。
PMSM和BLDC的不同点:
a) BLDC定子绕组为集中绕组,PMSM的定子绕组为分布绕组
b) BLDC的反电动势是梯形波,PMSM的反电动势是正弦波
c) BLDC的逆变开关控制是同一时间两相导通的六步换向控制,PMSM的逆变开关是同一时间三相都可能导通的FOC控制。
d) BLDC的电流谐波噪声大,PMSM产生的谐波较少
e) BLDC转矩脉动大,PMSM的转矩脉动小

使用KF32增强型ECCP输出6路PWM,同一桥臂的上下两路PWM采用中心对齐且互补对称输出。
采样电阻把电流信号转为电压信号,再通过差分运放(KF32含有运放模块,支持用内部运算放大器),放大电压信号,用KF32的ADC模块采样信号大小,采样值再经过FOC算法、PI控制环路去调整控制PWM输出的占空比,使电机的运行速度达到速度给定。
母线电流检测信号是过流检测,先进行信号放大,然后再输入比较器(KF32含有比较器模块,支持用内部比较器),如果检测到输入电压过大超过限值,那么比较器输出将产生故障信号,此输出信号输入给PWM模块的自动关闭控制逻辑。下图所示,基于KF32F3xx的BLDC控制方案。
71058641082c86a29f.png
图2:基于KF32F3xx的BLDC电机 Foc控制方案
KF32电机相关应用资源介绍
a) 内核运算能力
Ø 32位高性能KungFu32内核,工作频率最高为120MHz,软件可调节
Ø 基于16位/32位混合指令的高效指令集
Ø 三级流水线
Ø 支持32×32单周期乘法
Ø 支持32÷32硬件除法
Ø 支持加减移位和逻辑运算
Ø 支持中断优先级处理,实现自动中断堆栈
b) 增强型ECCP模块:ECCP的PWM模式为增强型PWM模式,1个模块具有四个通道产生8路PWM输出,并实现电路硬件保护功能。电机驱动需要三相6路PWM输出即可。
Ø ECCP模块的PWM可支持多种模式选择:
即PWM自由模式、PWM协同模式、PWM单时基模式。
这几种模式的区别在于通道定时器时基的选择不同。
电机应用时选择PWM单时基模式即可,也即设置4个通道选择相同的时基。
Ø 支持PWM信号多种对齐方式:PWM信号分为边沿对齐和中心对齐。
Ø 支持电机应用所需的三相互补输出模式:
Ø 支持电机应用所需的带硬件死区控制功能:
通过EECPx_PXDTCTL寄存器可以设置通道1/2/3/4的死区时间。
每个通道均有独立的死区定时器。
Ø 支持独立设置每个通道的极性:
Ø 支持PWM自动触发ADC采样
Ø 支持硬件过流保护监测
1、直流母线的检测电阻电压信号->放大器->比较器->PWM驱动关断
2、PWM模块具有自动关断功能,使能自动关断功能后,在外部关断事件发生时,该功能自动禁止PWM输出,然后四个通道的八个引脚输出电平置于其预定义的状态。此模式用于防止PWM破坏应用电路。

c) OP模块:
Ø 支持增益软件可调
增益档位可通过OP_CTL0进行调整,可选择的放大倍数档位有10倍,20倍,40倍,80倍。
Ø 支持运放输出直连AD
运算放大器的输出可通过内部直接输出到ADC的输入通道,无需占用外部ADC输入通道。
d) CMP模块:
Ø 支持正负端多输入端口可选
通过寄存器CMPx_CTL进行功能配置。PMOD<2:0>位用于选择比较器正输入端口;NMOD<2:0>位用于选择比较器负输入端口
Ø 支持可选内部参考电压
Ø 支持输出极性可选

Ø 支持中断边沿可选

Ø 支持数字滤波功能
每个比较器都集成了一个数字滤波器,通过CMP_CTLx寄存器的FLTEN位选择将比较器的输出通过滤波器,可以减少比较器震荡带来的误差。

Ø 支持比较器输出作为定时器捕捉输入

Ø 支持比较器输出作为PWM关断源
电机应用中使用此比较器输出作为PWM关断源,进行故障检测。
e) ADC模块:电流信号采样时,需要用到ADC模块,注意使用中心对齐的PWM驱动,并在所有下管导通时的脉冲中心点进行采样。
Ø 12位分辨率,1MSps
Ø 支持常规模式和高优先级模式
Ø 支持内部通道
ADC还有6个内部通道,独立的温度传感器通道和VREFINT以及4个内部OP的输出。内部通道和其他通道的使用方法相同。
电机应用中可采用OP输出至ADC的内部通道直接在芯片内部进行采样。
Ø 支持多种模式
模式包含了单次转换模式、连续转换模式、扫描模式。
Ø 支持外部信号触发ADC。
Ø 支持DMA触发
Ø 支持双AD模式
双ADC模式下,ADC0和ADC1配合起来工作。通道的触发信号,会同时触发ADC0和ADC1上的通道转换。
工作模式细分如下:
1) 高优先级通道同步模式
2) 常规通道同步模式
3) 快速交叉模式
4) 交替触发模式
5) 混合(高优先级通道同步模式+常规通道同步模式)
6) 混合(常规通道同步模式+交替触发模式)
7) 混合(高优先级通道同步模式+交叉模式)
在双ADC模式中,当转换配置成由外部事件触发时,用户必须将其设置成仅触发主ADC(ADC0),同时将从ADC(ADC1)的外部触发屏蔽,这样可以防止意外的触发转换。
电机应用程序中,采用了双AD工作模式,ADC0和ADC1可确保在同一时刻同时采样电流信号,使能ADC的EOCIE中断,即ADC一次转换结束中断使能位,采样完成后进入中断函数入口执行算法程序。



使用特权

评论回复
643757107| | 2023-3-15 16:02 | 显示全部楼层
总结的很好,如果用6个三极管是不是也可以驱动起来。

使用特权

评论回复
电子换向器取代了机械换向器

使用特权

评论回复
tpgf| | 2023-4-11 16:13 | 显示全部楼层
BLDC,无刷直流电机克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。

使用特权

评论回复
观海| | 2023-4-11 16:47 | 显示全部楼层
刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点,又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点

使用特权

评论回复
chenjun89| | 2023-4-11 20:19 | 显示全部楼层
BLDC电机控制最近很火啊

使用特权

评论回复
guanjiaer| | 2023-4-12 11:09 | 显示全部楼层
ADC0和ADC1配合起来工作的优势是什么呢

使用特权

评论回复
heimaojingzhang| | 2023-4-12 11:36 | 显示全部楼层
BLDC,直流无刷电机,也可以叫电子换向直流电机,反电势为梯形波,定子电流为矩形波,一般定子为集中整距绕组。

PMSM,永磁同步电机,反电势和定子电流均为正弦波,一般定子为短距分布绕组

使用特权

评论回复
keaibukelian| | 2023-4-12 11:52 | 显示全部楼层
集中整距绕组不一定就是BLDC,分布短距绕组大概率是PMSM。

使用特权

评论回复
paotangsan| | 2023-4-12 12:04 | 显示全部楼层
BLDC的输入电机系统的电压是直流电,只不过有电子换向器(简易版逆变器),使得输入电机定子绕组的电压电流为大小不变,正负方向变化的交流电

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

160

主题

2109

帖子

8

粉丝