冰箱的直流無(wú)刷電機(jī)控制

另一個(gè)需要考慮的方面是速度極低時(shí)的工作。因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)速度成正比，所以速度極低時(shí)，用于檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)的反電動(dòng)勢(shì)很小。從停止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始工作時(shí)，需要以開(kāi)環(huán)方式起動(dòng)電機(jī)。當(dāng)產(chǎn)生足夠的反電動(dòng)勢(shì)，足以檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，應(yīng)將控制切換為反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)?？梢詸z測(cè)反電動(dòng)勢(shì)的最小速度根據(jù)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)常量進(jìn)行計(jì)算。

反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)

檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)對(duì)于無(wú)傳感器控制系統(tǒng)非常關(guān)鍵。確定過(guò)零點(diǎn)可以使用幾種不同的技術(shù)。如前面所述，每個(gè)換向序列都有一個(gè)非勵(lì)磁繞組，在每個(gè)繞組通過(guò)非勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。圖4a、4b和4c顯示了可以用于檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的不同方案。在圖4a中，A相與電源正極（DC+）連接， C相與電源負(fù)極（或回路DC-）連接，B相開(kāi)路。觀察B相上的反電動(dòng)勢(shì)，可以看到反電動(dòng)勢(shì)朝正電壓上升，然后朝負(fù)電壓下降。將它與直流母線電壓的一半進(jìn)行比較時(shí)，可以獲得虛擬過(guò)零點(diǎn)。通過(guò)使用運(yùn)放比較器，可以確定過(guò)零點(diǎn)。

圖4b顯示了通過(guò)產(chǎn)生虛擬中性點(diǎn)來(lái)確定反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的方法。虛擬中性點(diǎn)使用圖中所示的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，然后將非勵(lì)磁繞組中的反電動(dòng)勢(shì)與該中性點(diǎn)進(jìn)行比較。這使得在所有可測(cè)量速度下，可相對(duì)容易地確定過(guò)零點(diǎn)。

圖4a和4b顯示了B相的過(guò)零檢測(cè)電路。對(duì)于A相和C相，當(dāng)其相應(yīng)繞組未勵(lì)磁時(shí)，應(yīng)使用類似電路進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)。

圖4a 反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)：與直流母線電壓/2比較

圖4b 反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)：與中性點(diǎn)比較

圖4c 反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)：使用片上ADC讀取

反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)的另一種方案是使用ADC，如圖4c中所示。PIC18F2331單片機(jī)具有可用于此用途的高速ADC。通過(guò)使用分壓器，可以將反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)降到單片機(jī)可測(cè)量的電平。使用片上ADC對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，不斷將采樣值與對(duì)應(yīng)于零點(diǎn)的數(shù)字值進(jìn)行比較。當(dāng)這兩個(gè)值匹配時(shí)，就更新?lián)Q向序列。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠使測(cè)量更為靈活。當(dāng)速度改變時(shí)，繞組電壓可能會(huì)波動(dòng)，導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)的變化。這種情況下，單片機(jī)可以完全控制過(guò)零點(diǎn)的確定。此外，還可以采用數(shù)字濾波器來(lái)濾除反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)中的高頻開(kāi)關(guān)噪聲成分。

結(jié)論

BLDC電機(jī)與生俱來(lái)的優(yōu)點(diǎn)使其可用來(lái)控制冰箱的壓縮機(jī)和風(fēng)扇，提高冰箱能效和降低噪聲，同時(shí)支持無(wú)級(jí)變速。但是，BLDC電機(jī)需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)進(jìn)行電子換向。使用驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)變速操作。此外，與根據(jù)制冷負(fù)載間歇性地起動(dòng)和停止壓縮機(jī)的傳統(tǒng)方式相比，系統(tǒng)功耗更低。

使用Microchip的PIC18F2331系列單片機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)幾種以開(kāi)環(huán)和閉環(huán)方式控制BLDC電機(jī)的方法，同時(shí)可以充分利用單片機(jī)中可用于電機(jī)控制的外設(shè)，減少所需的外部硬件。