• 无刷电机之无感方案控制难点解析


    无刷无感控制在实际应用中极为广泛,人们对它的研究也尤为以久,它的控制难点主要有两点:第一,电机的启动;第二,转子位置的检测。
    对于高压无感方案来讲,除了软件上的难点之外,硬件设计也不容忽视,如硬件设计稍有不当,会导致整个控制板的干扰很大,从而加大了整个方案成功的难度。
    以下我们主要针对低压的无感方案进行讨论,对于低压的无感方案来讲,市面上的硬件设计都大同小异,检测转子的位置的方式也都几乎都采用反电动势检测法。
    1、为什么无感方案电机的启动如此困难?
    对于无刷电机来讲,电机的运转是靠电子开关控制换相,那么想要电机正常高效的运转,就必须要知道转子的位置之后,才能正常换相,问题来了,电机没有传感器,也没有转起来,所以转子的位置就不得而知了,所以无感的启动就要自转启动,先让电机以一定的速率自转,在电机自动的过程中,我们通过检测反电动势来得知转子的位置,从而得到正确的换相的相位。
    电机的自启动说起来简单做起来难,本人在调试众多无感方案的过程中,总结出以下几点经验供参考:
    (1)、首先是自转,自转一定要让电机运转顺畅,不能打抖,同时也不能造成大电流。这是启动成功的非常关键的一步。具体如何达到这个效果,就要各位在调试的过程中调节PWM占空比以及换相时间的长短了。
    (2)、启动步数不能太少,也不要过多,一般十来步就够了,等电机运行十来步后开始检测反电动势,当检测到正确的反电动势后这时候电机就正常运转起来了。
    2、如何检测反电动势
    检测反电动势的方法有两种,第一是用单片机内部AD采样反电动势信号来进行比较,第二是用比较器直接比较。这两种方法思路都是一样,但依个人的经验来看,用比较器的方案更可靠,性能更好,特别是电机转速要求非常高时,用AD采样方法几乎是行不通的。
    虽然用比较器方案更有优势,可为何在市面上用AD采样的方式也非常常见?这个主要是因为产品成本的问题。用比较器方案做,要不在外部加一个比较器IC,不仅增加成本,同时也增大PCB的布板空间,其二就是找一个内部带AD的单片机,而这种单片机相对来讲通常价格偏高一些。
    下图为检测反电动势的电路参考图:


    这是个AD检测方案、比较器比较方案通用的电路图,如果单片机有比较器,那就接到比较器的那个端口,如果没有,就必须要接到AD口。
    以比较器方案为例,当电机自转完成后,打开比较器中断(比较对象为:中点电压与悬空相的电压值),当比较中断到来时,立即换相,换相后再设置比较器的比较对像,即中点电压与当前悬空相的电压值,以等待下一次比较中断的到来。

    以上控制方式是没有延时30度的控制方式,在一般的控制系统中,此控制方式可行,特别是做无感大电流大扭力的方案,不延时的控制方式反而会更加稳定,带载能力会更强。当然这样做也有弊端,就是效率不如增加30度延时的高。具体用什么方式来做,就得看实际的产品了。

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