PSoC应用于无传感器型电机,提升性能节省成本

上网时间: 2005年08月01日? 作者:Giuseppe Picerno? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:PSoC? BLDC? 无刷直流电机?

目前,包括家用电器产品(比如白色家电和空调系统)、汽车设备等在内的多个细分市场正在从采用单相AC电机转向使用BLDC(无刷直流)电机发展。造就这种发展趋势的主要推动因素是功耗问题,对于在欧洲国家销售其产品的制造商而言,这是一项重要的特征。无刷直流电机具有较高的电能-机械能转换效率、较低的噪声和EMI、紧凑的外形尺寸和较高的可靠性、成本效益。

BLDC的操作和控制

在BLDC电机中,定子是由三个相距120°的绕组构成。转子由一个永久磁铁制成,并由一个旋转磁场来驱动。该磁场由一个按正确的顺序对三个定子绕组进行供电的三相逆变器生成。

绕组的供电必须在考虑转子当前位置的情况下进行,可采用机械式或磁性位置传感器来感测。这意味着需要在成本、外形尺寸和可靠性方面增加额外的开销。相同的任务可通过对由转子自身所产生的电磁场进行评估的方法而得以轻松完成,在这种场合,解决方案是“无传感器”型的,并具有明显的优势。

在无传感器型解决方案(亦称EMF ―― 电磁反馈)中,驱动系统必须执行复杂的计算,以精确评估转子的位置,并对绕组进行正确的驱动,以使每一相与转子上的采样值之间保持正确的距离。EMF信号采集需要进行电平自适应和滤波处理,以消除因高电流所引起的电噪声增加。在开发用于对相移进行补偿的滤波器时的主要问题是由滤波器自身所引起的。相移不是恒定的,并阻碍了转子位置的精确计算。

在不采用DSP或分立元件的情况下,构建针对不同转速的自适应滤波器的理想解决方案是利用PSoC(可编程系统级芯片)的功能和架构。

由运算放大器和开关电容器所提供的内部模拟资源使得能够构建不同类型的低通滤波器,在该特定场合,贝塞尔(Bessel)滤波器可提供一个与频率成正比的相移,并且是进行EMF信号滤波以及最大限度地减小转子位置估算误差的理想解决方案。

在该应用中,PSoC所提供的最为重要的特性是:能够简单地根据由定子所产生的磁场的旋转周期来调整对开关电容器的模拟模块进行供电的频率,以便对贝塞尔滤波器的响应进行补偿。

这使得能够在所有的速度范围条件下获得一个恒定的相移数值。这意味着能够实现一个可变参数滤波器,从而允许采用反馈信号来精确估算转子位置,并以一种“无传感器”的方式来控制电机。

PSoC的灵活性

赛普拉斯半导体公司已投放市场数年的PSoC采用了新颖而灵活的架构,从而为开发面向CC无刷电机的兼具可靠性和成本效益性的无传感器型控制驱动系统提供了很好的设计简洁性。

PSoC器件不依存于预定义的外设配置,而是提供了各种模拟或数字用户模块。可通过一个功能强大的用户友好型软件工具来对这些模块进行客户化设计,该软件工具IDE可被用来开发不同的外设拓扑结构,比如:计数器、定时器、Uart、SPI、增量型和Δ-Σ型A/D转换器、LP、HP和BP滤波器、可编程增益放大器、比较器、仪表放大器、PWM、FSK调制解调器、零交叉检测器、信号波形整形器和I2C接口等。PSoC架构提供了众多基于微控制器的应用所需的真正的混合信号能力。嵌入式闪存技术提供了另一项重要的功能:即随意可重构性。这种能力使得PSoC能够在操作过程中在不到1ms的时间里改变其外设的配置。这就意味着PSoC能够在相同的应用中执行完全不同的功能,从而免除了采用多个不同的固定配置微控制器的需要。

作者:赛普拉斯半导体公司Giuseppe Picerno

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