基于Microchip dsPIC33直流無刷水泵FOC方案

隨著科技的發(fā)展人們的生活水平在不斷的提高，汽車慢慢的也成為了生活的必需品。冷卻系統(tǒng)是汽車發(fā)動機(jī)的重要組成部分。冷卻系統(tǒng)工作狀態(tài)直接影響汽車發(fā)動機(jī)使用壽命和燃油經(jīng)濟(jì)性。冷卻系統(tǒng)部件主要包括：節(jié)溫器、散熱風(fēng)扇和水泵等。水泵的作用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)流動。傳統(tǒng)機(jī)械水泵由發(fā)動機(jī)皮帶驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速直接與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速耦合，不能有效匹配散熱需求。電子水泵由ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)實(shí)際工況動態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)速，能夠有限提高發(fā)動機(jī)使用壽命，降低發(fā)動機(jī)燃油消耗。隨著汽車性能向著更安全，更可靠，更穩(wěn)定，全自動智能化及環(huán)保節(jié)能的方向發(fā)展，新能源汽車的快速崛起，電子水泵市場前景廣闊。

汽車水泵作為汽車必不可少的組件之一，它不僅能保證汽車的正常運(yùn)行，還能在很大的程度上保障發(fā)動機(jī)的使用壽命，所以對汽車水泵的不斷優(yōu)化與改進(jìn)也是非常必要的。永磁同步汽車水泵的出現(xiàn)和應(yīng)用，是汽車水泵技術(shù)的一次革命，一百多年以來汽車水泵一直是使用機(jī)械水泵和有刷電動水泵。

直流無刷電機(jī)的本體是由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子指的是電機(jī)在運(yùn)行時固定不動的部分，主要是指定子繞組和定子鐵心部分；轉(zhuǎn)子包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸等。高性能稀土永磁材料的問世，電力電子元件性價比的不斷提高，以及微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使得基于磁場定向控制(FOC)的直流無刷電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。FOC（Field-Oriented Control），也稱矢量變頻，是目前無刷直流電機(jī)（BLDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM）高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場大小與方向，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動態(tài)響應(yīng)。

FOC典型控制框圖如下。為了得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流大小等信息作為反饋，首先需要采集電機(jī)相電流，對其進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)變換和估算算法后得到解耦了的易用控制的反饋量。然后，根據(jù)反饋量與目標(biāo)值的誤差進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，最終輸出3相正弦波驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。

FOC 算法以與PWM 相同的速率執(zhí)行。 這樣進(jìn)行配置使得 PWM 可使用兩個分流電阻器和一個電位器（用來設(shè)置電機(jī)的參考速度）來觸發(fā)兩個繞組的 A/D 轉(zhuǎn)換。允許A/D 中斷來執(zhí)行該算法。下圖顯示了 A/D 中斷程序的常規(guī)執(zhí)行過程。

近些年Microchip 推出了專門適用于PMSM控制的dsPIC33系列MCU，集成多達(dá)6個高級電機(jī)控制PWM、12位ADC及運(yùn)算放大器，并集成CAN/LIN控制器。高達(dá)100 MIPS的性能與DSP加速可執(zhí)行高速控制算法，這個組合對于電機(jī)控制應(yīng)用來說是理想之選。同時，dsPIC33器件為傳感器提供了簡便的接口，且抗噪性和可靠性均大幅提升。dsPIC33器件符合AEC-Q100第0級標(biāo)準(zhǔn)，能在高達(dá)150℃的環(huán)境下工作并保證運(yùn)行穩(wěn)健，尤其適合各種汽車應(yīng)用。

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? dsPIC33系列MCU專門適用于PMSM控制

? 集成多達(dá)6個高級電機(jī)控制PWM、12位ADC及運(yùn)算放大器,并集成CAN/LIN控制器。

? 高達(dá)100 MIPS的性能與DSP加速可執(zhí)行高速控制算法，這個組合對于電機(jī)控制應(yīng)用來說是理想之選。

? 同時，dsPIC33器件為傳感器提供了簡便的接口，且抗噪性和可靠性均大幅提升。

? dsPIC33器件符合AEC-Q100第0級標(biāo)準(zhǔn)，能在高達(dá)150℃的環(huán)境下工作并保證運(yùn)行穩(wěn)健，尤其適合各種汽車應(yīng)用。

? 方案規(guī)格

?  工作電壓：12V - 36V

?  驅(qū)動方式：Sensorless FOC。

?  PWM 頻率：20KHz

?  電流采樣方式：下橋雙電阻采樣。

?  采樣電阻阻值：25毫歐。