技術(shù)分享
TI利用兩種控制方案降低BLDC電機驅(qū)動器的噪音
發(fā)布時間：2023-06-03 00:00:00 瀏覽：1144次
無刷直流電機(BLDC) 取代了交流感應(yīng)電機，在風扇、空氣凈化器、洗衣機和烘干機泵以及醫(yī)用 CPAP 鼓風機等通用電器的應(yīng)用中變得越來越普遍。
然而，BLDC 電機的調(diào)制會產(chǎn)生噪音，這會導致環(huán)境背景噪音，尤其是在開放式概念平面規(guī)劃在辦公室和家庭環(huán)境中非常流行的情況下。
為了幫助解決這些與噪聲相關(guān)的問題，德州儀器 (TI)今天宣布推出 兩款全新 70 W 無傳感器 BLDC 電機驅(qū)動器，即MCT8316A和MCF8316A。這些驅(qū)動程序聲稱是高度集成的無代碼芯片組，分別使用梯形控制和磁場定向控制(FOC)。 
電器常見噪音水平的幾個例子。屏幕截圖由 Texas Instruments 提供
這些新芯片的總體目標有三個：減少來自日常應(yīng)用的可聞噪聲源，將解決方案板尺寸縮小多達 70%，，縮短 BLDC 調(diào)諧的總體設(shè)計時間（可能縮短至 10 分鐘）.
考慮到這些目標，讓我們來看看 TI 的產(chǎn)品。
MCx8316A 芯片概述
MCT8316A 和 MCF8316A 以通用電氣參數(shù)運行，包括 4.5 V 至 35 V 的工作范圍和高達 8A 的峰值輸出。此外，這些芯片專為需要 12 V 至 24 V BLDC 或永磁同步電機的速度控制電機應(yīng)用而設(shè)計。
MCx8316A 芯片概述。屏幕截圖由 Texas Instruments 提供
MCx8316A 驅(qū)動器系列的一項決定性功能是降低噪音。具體而言，MCT8316A 支持 120° 和 150° 調(diào)制，可通過梯形控制方案改善聲學性能。
同時，采用FOC方案的MCF8316A利用自動死區(qū)時間補償來減少饋送到電機的諧波含量，從而降低可聽范圍內(nèi)的噪聲。
一個家族，兩種芯片，兩種控制方案，不禁要問，梯形控制和磁場定向控制有什么區(qū)別？
BLDC 電機中的梯形控制與 FOC
有兩種一般類型的 BLDC 電機，包括霍爾效應(yīng)傳感器驅(qū)動架構(gòu)和無傳感器架構(gòu)。盡管更復(fù)雜，但無傳感器架構(gòu)是更受歡迎的選擇。對于無傳感器操作，出現(xiàn)了兩種控制方案。
梯形控制方案的時序圖。截圖由Texas Instruments提供
梯形控制的工作原理是在任何給定時間斷言兩個相位。因此，如上所示，在任何相位的過零期間都不會產(chǎn)生扭矩。
該方案的效果是在每 60° 過零相位處產(chǎn)生紋波，從而產(chǎn)生諧波。在 120° 模式下，BLDC 驅(qū)動器將在每個周期的剩余 60°中使用高阻態(tài)。
相反，磁場定向控制方案在反饋控制的轉(zhuǎn)換中需要明顯更多的復(fù)雜性。
三相逆變器的輸出產(chǎn)生一個正弦信號，該信號被采樣并通過Clarke 變換然后通過Park 變換進行饋送。
磁場定向控制的基本框圖。截圖由Texas Instruments提供
這兩個變換的結(jié)果通過將定子電流矢量從三相時變系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為雙坐標時不變系統(tǒng)來實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制。
MCx8316A 芯片如何降低噪音
用于控制 BLDC 電機的兩種控制方案各有優(yōu)缺點。每種方法都會產(chǎn)生有助于聲學噪聲的諧波偽影。
兩種無傳感器 BLDC 控制方案的優(yōu)缺點。屏幕截圖由 Texas Instruments 提供
據(jù)說調(diào)制和死區(qū)時間補償對于減少電機運動中存在的可聽噪聲至關(guān)重要。準確地說，MCF8316A使用諧振控制器補償高側(cè)和低側(cè)開關(guān) MOSFET 之間的 死區(qū)時間，以將諧波含量降至零。
在 MCF8316A 內(nèi)部啟用死區(qū)時間補償可消除可聽諧波（左），從而產(chǎn)生更純凈的正弦信號（右）。截圖由Texas Instruments提供
對正弦輸出和隨后的快速傅立葉變換 (FFT) 的影響如上所示。
類似地，梯形控制方案（如 MCT8316A）的 FFT 響應(yīng)通過利用芯片的可變換向方案在 120° 和 150° 之間動態(tài)切換而得到改善，方法是“窗口化”電機相位處于 Hi-Z 模式的時間量.
總而言之，這種降噪解決方案似乎對許多應(yīng)用很有前景，尤其是對消費產(chǎn)品而言。
關(guān)注矽源特公眾號
矽源特微信客服
發(fā)送郵件
商務(wù)QQ客服
13823761625
微信咨詢客服
