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BLDC/FOC無刷電機解決方案
發(fā)布時間：2024-01-19 13:50:39 瀏覽：532次
一個典型的 BLDC /FOC無刷電機解決方案通常包括四個部分：
01電機控制器：通常是由 MCU、DSP 等主控芯片負責，進行電機控制與算法處理，并根據(jù)來自BLDC電機的反饋信號做出響應，為柵極驅動提供 6 路 PWM 信號。
02柵極驅動：也被稱為“預驅”，會根據(jù)控制器的輸出信號，向功率器件的柵極施加電壓并提供驅動電流。
03功率級：包含 MOSFET 或 IGBT 等功率器件，通過開關動作控制輸出到 BLDC 負載上的功率，驅動電機運動。
04反饋回路：將 BLDC 電機的轉速、位置、電流、電壓，以及故障等信號，反饋給控制器，形成控制的閉環(huán)。
最傳統(tǒng)，最成熟的驅動方案就是控制器、柵極驅動、功率級這三部分是分開的；也有將柵極驅動和功率 MOSFET 集成為 IPM 的。
現(xiàn)在較為主流的方案是將柵極驅動集成進控制器中，后面再接上功率 MOSFET 或者 IGBT 來驅動 BLDC。
還有一種將這三部分都集成了，做成一個 SoC，直接驅動 BLDC。
MCU+預驅+驅動的方式，這種方式的優(yōu)點是靈活，IC 選擇性高，可適應于各類大、中、小功率的控制器。對一般的 MCU 公司也最具有優(yōu)勢，主要應用在高壓系統(tǒng)，或者是大功率系統(tǒng)上，因為大功率和高壓應用，有散熱和隔離的問題。缺點就是集成度低，PCBA 的面積比較大。
MCU+[預驅+驅動]也可以描述成 MCU+IPM，開發(fā)功率組件的國際廠商多半都有 IPM 的產品，讓客戶能簡化電路板設計的復雜度，提升穩(wěn)定性，也是早期特別成熟的驅動方式。它的優(yōu)點是，集成度高、PCBA 面積較小。缺點是功率不能做得很大。
[MCU+預驅]+驅動，是目前較為主流的開發(fā)方向。它的優(yōu)點是集成度比較高、MOSFET 可以靈活選擇、適用于各類中小功率的控制器。缺點是由于預驅集成在 MCU 中，預驅的驅動能力和耐壓做不高，無法適應大功率控制器。
SoC 方式的優(yōu)點是對性能比較高的應用，常常用于塑封電機的設計；缺點是設計彈性比較差，如果需要更改驅動特性的話，就必須在 SoC 旁邊增加一顆小 MCU，這不僅會增加元器件成本，更加會增加電路板的復雜度，這違背了化繁為簡的發(fā)展思想。
BLDC 電機主控廠商目前有很多，根據(jù)分類的不同，有的企業(yè)這三種主控解決方案都有，有的只提供一兩種解決方案。
比如TI基本上三種方案都有，ST 也有單 MCU 和 MCU+預驅的方式。國內的 BLDC 主控方案主要走的還是集成的方向，比如峰岹就是主要提供 MCU+預驅的方案。
從硬件層面來看，BLDC 電機控制的發(fā)展經歷了從小規(guī)模模擬、數(shù)字電路于分離器件的控制器，發(fā)展到專用集成控制電路的控制器，再到 MCU，DSP 等解決方案的過程。
從軟件算法層面來看，受控制理論和控制器件的限制，BLDC 電機一直采用經典 PID 控制，該控制方法可以使系統(tǒng)性能滿足各種靜、動態(tài)指標要求，但系統(tǒng)的魯棒性不盡人意。
面對日益復雜的控制對象，進一步提高 BLDC 電機調速系統(tǒng)的快速響應性、穩(wěn)定性和魯棒性，智能控制算法受到關注，這包括模糊控制、神經網(wǎng)絡控制、專家系統(tǒng)等。
智能控制系統(tǒng)具有自學習、自適應、自組織等功能，能夠解決模型不確定性問題，非線性控制問題，以及其他較為復雜的問題。
而 BLDC 電機是一個多變量、非線性、強耦合的控制對象，因此利用智能控制可以取得較為滿意的控制結果。目前已經有一些較為成熟的智能控制方法應用在了 BLDC 電機控制。
比如模糊控制和 PID 相結合的 Fuzzy-PID 控制、模糊控制和神經網(wǎng)絡相結合的復合控制、隸屬度參數(shù)經遺傳算法優(yōu)化的模糊控制、單神經元自適應控制等等。
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