光合磷酸化的作用机理:变速、无传感器马达控制的应用

变速、无传感器马达控制的应用

时间：2008-05-05 10:26 来源： 维库电子市场网

　　设计平台可以帮助工程师快速实现可靠的变速马达控制设计。从家用电冰箱、洗衣机、洗碗机到工厂的电泵、风扇、办公室空调系统等，所用各种马达都需要有效的控制。大量依赖于感应马达、通用马达和耗能机电驱动器，它们的效率不是很好。马达基设备耗能巨大，因此迫切需要工程师找到改善效率的方法。

　　以电冰箱为例，它占家庭能量消耗的15%。而其大部分能量浪费在外壳散热中。通常，电冰箱配置只全速工作的单相感应马达，当内部温度上升到高于所希望的温度时，压缩机马达运行，希望的温度达到温度时，压缩机关闭。

　　洗碗机中，大部分能量消耗在加热大量水上。一个有效节能方法是减少所需的水量。

　　空调设备通常是家庭和办公室中最大耗电设备。

　　变速马达控制

　　用逆变器基变速永磁同步马达（PMSM）方案替代传统的马达控制上述的所有应用都能使效率得到显著改善。

　　用变速马达方案替代当今效率低的马达可节能高达60%。从环保对低能量的使用要求看，变速永磁马达方案产生的声音和电噪声较小。PMSM具有较小的振动，增加了产品可靠性，并且能提供更精确的马达控制，使其在应用中有较大的功能度。

　　直接驱动永磁马达洗衣机

　　洗衣机的直接驱动正在流行，不仅是因为效率的改善，而且因为机构简单、性能可靠。这种驱动方式去掉了皮带轮、皮带和齿轮箱。永磁马达控制虽好，但增加了成本，马达的设计也较复杂。

　　永磁马达控制引起的成本和设计增加是由于永磁马达控制需要转子位置信息。转子磁场激励霍尔效应传感器是提供所需反馈的一种方法，但缺点是传统的梯形电流交换在开关转点产生转矩假信号。外部转子结构势必会放大这些假信号，引起不希望的声音和噪声。更大的问题是驱动转矩――变速曲线不能很好地匹配洗衣机的实际应用，洗及机在低速时需要高转矩、在高速时需低转矩。最近的技术是在霍尔开关转换点之间采用插值，使其具有正弦电流控制，提供低声音、低噪声的平滑转矩和高速低转矩工作。然而，霍尔传感器组件的可靠性是制造商和用户关心的问题，希望保修和维修成本最低。

　　需要有一种方法，能提高效率不需要传感器，而且能降低变速马达驱动设计的成本。这种需要引入无传感器马达控制的集成平台基技术，此技术允许组合“构建单元”来实现变速马达驱动所需的功能。同时还能灵活地提供专门的应用配置。

　　设备控制IC集成了PMSM无传感器速度控制所需的所有控制和模拟接口功能。IC中的模拟功能包括差分放大器，双取样和保持电路以及12位A/D转换器，这些器件对于取样跨接在DC连路分路器上的低电压信号是必须的。逆变器功率模块集成有高电压栅板驱动IC，有6个IGBT开关。此模块包括用于马达电流测量和功率模块保护的DC链路分路器。用IC的专门运动控制引擎（MCE）硬件实现马达控制算法，而装置应用软件运行在独立的一同集成的8位处理器上。

　　数字控制算法

　　集成有相位电流重建和转子角估算，用场定向控制（FOC）算法控制马达电流。FOC采用向量转动，去耦AC马达绕组电流进入两个DC分量控制转矩（IQ）和通量（ID）中。这简化了控制器设计，因为电流环调节变成与马达速度无关。外速度环基于速度误差为IQ环计算转矩参考目标值。输入到速度环有一个RAMP（斜率）功能来限制加速度到特定的限值内，在输出有一个LIMIT功能来限制马达电流，另外一个控制功能导致相位提前，使得在驱动内永磁（IPM）马达时，使转矩输出最大，但也可以置为负值，以减弱高速工作的通量。场减弱算法计算最佳ID参考电流以使有效逆变器电压使用达到最大。

　　马达控制引擎

　　用来自控制IC的MCE的库宏单元实现数字控制器。MCE库包括PI补偿、限制函数和向量循环，这些通常都是用在马达控制算法中。用图形编辑工具定制算法，这不需要软件编码。算法执行比RISC或DSP快两倍半。很多时间，关键性计算用专门硬件执行。

　　控制参量和系统变量存储在共享的数据RAM中，所集成的8位微控制器也可以存取它们。这允许洗衣机应用软件能容易改变控制设置点（如目标速度）或监控控制变量（如转矩电流IQ）。软件可以在单独8位处理器上用C语言开发。

　　变速无传感永磁马达方案，应用在像洗及机这样的装置中，对环保所需的效率改进会起关键作用。现在把数字控制器IC、模拟栅极驱动器和保护IC、电源供给级，以及新出现的技术（如IR公司的iMOTION平台）结合起来，大大有助于工程师设计新产品，而不必顾及产品的成本，电路复杂性和面市时间。