無傳感器、無電刷的電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　對於無電刷直流電動(dòng)機(jī)，軟件方面包括∶

　　—設(shè)有閉環(huán)速度與電流限制的電動(dòng)機(jī)控制

　　—電動(dòng)機(jī)從任何位置啟動(dòng)，采用一個(gè)對準(zhǔn)過程從而知道初始的轉(zhuǎn)子位置，需要正確的饋電次序。

　　—反電動(dòng)勢檢測、與PWM同步，減小由於PWM信號在現(xiàn)用相上通電時(shí)因?yàn)榛ジ泻碗娙菟斐傻母蓴_。

　　—在運(yùn)行過程中計(jì)算及更新?lián)Q向時(shí)間，使到萬一找不住零交點(diǎn)時(shí)可以作出修正動(dòng)作。

　　—起動(dòng)過程要顧及低速、預(yù)定的換向時(shí)序；這是需要的，因?yàn)樵诘娃D(zhuǎn)速時(shí)，比如當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，反電動(dòng)勢的幅度太小以致難以檢測。

　　對於永磁同步電動(dòng)機(jī)，軟件包括∶

　　—電動(dòng)機(jī)控是依據(jù)場定位控制（FOC），這是用來維持定子與轉(zhuǎn)子磁通於正交位置，以增大轉(zhuǎn)矩效率。

　　—有稱為滑動(dòng)模式觀測器（SMO）的反電動(dòng)勢估計(jì)器，其輸出用來計(jì)算轉(zhuǎn)子位置和速度等資料。

　　—速度與電流閉合環(huán)路，分別有更佳的速度與轉(zhuǎn)矩性能。

　　聰明功率模塊

　　除了實(shí)現(xiàn)位置估計(jì)算法外，設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)控制器的功率級是對工程師尋找一個(gè)快速和劃算的方案又是另一個(gè)重大挑戰(zhàn)，尤其功耗和與大電流高電壓工作相關(guān)的干擾影響。即使是一位富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師也要付出相當(dāng)?shù)乃剂亢蛣诹?，例如要將布局?yōu)化處理，才可減少功率開關(guān)的連帶效果。其中一個(gè)更專門的部份是為功率開關(guān)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)管，這會用MOSFET或IGBT制造，視乎所需的電壓額定值來決定。

　　要解決種種挑戰(zhàn)，有些制造商供應(yīng)完備的模塊，內(nèi)里將所需的功率開關(guān)與驅(qū)動(dòng)器和界面電路整合，只需電動(dòng)機(jī)控制輸入信號，還有電源直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)便可以了。設(shè)計(jì)范圍已縮小至一個(gè)簡單過程 ─ 找一個(gè)大小符合於功率額定值的散熱器。布線上經(jīng)已在模塊內(nèi)里優(yōu)化，減少連線長度，減少功率損失、以及電容/電感的副作用，除此以外，電源結(jié)構(gòu)相對於分立式方案更為簡化，導(dǎo)致到整個(gè)設(shè)計(jì)更加緊密。

圖4. International Rectifier的智能電源模塊結(jié)合了數(shù)字電路和大功率驅(qū)動(dòng)器

　　譬如Fairchild推出的聰明功率模塊FCBS系列，就包括有集驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、系統(tǒng)控制等功能一身的500V MOSFET逆變器。如圖3所示，HVIC技術(shù)使到單電源MOSFET門驅(qū)動(dòng)能力上不需用光電耦合器，這有助於縮減全部兩成的板面。元件安裝在低熱阻陶瓷襯底上。有效地排除熱力至模塊的表面，此處可連接散熱器。綜合保護(hù)方面包括欠壓封鎖和短路保護(hù)，而分開的負(fù)DC線端提供單腳電流*。

　　International Rectifier（IR）以其智能功率模塊（IPM）解決了合乎經(jīng)濟(jì)效益的無電刷電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，特色是高度集成化，將IR專利的三相門驅(qū)動(dòng)器和高效率的溝道IGBT技術(shù)集合於單列直插式組件上，如圖4所示，一個(gè)IPM便替代超過20個(gè)分立元件，IR采用絕緣金屬襯底技術(shù)，提高熱效能，減少EMI干擾，這樣為節(jié)能用具和由變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輕工業(yè)設(shè)備造就了一個(gè)完備的功率級方案?？色@得的模塊都是為功率額定值由400W至2500W作出最優(yōu)化。

　　就以IRAMS06為例，它額定於6A輸出，不單結(jié)合IGBT和門驅(qū)動(dòng)器，還有溫度*，過流關(guān)閉、欠壓封鎖和防止交叉導(dǎo)電邏輯，其他特色譬如作為高端驅(qū)動(dòng)的陰極負(fù)載二極管和單極電源等，簡化了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不需額外的隔離，因?yàn)樵旧慝@得高達(dá)每分鐘2000Vrms，IR也發(fā)表網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具，有助於設(shè)計(jì)師使用IPM系列和電動(dòng)機(jī)控制IC的IRMCK系列設(shè)計(jì)其方案