關(guān)于BLDC電機 ADC采樣積分方波無感控制的原理
2023-2-9 11:05:06??????點擊:
1.下面是典型的三相BLDC電機控制框圖.
2.典型的BLDC電機相電流和反電動勢波形圖分析
從波形上看,每60度電角度,只有兩個半橋有驅(qū)動電壓輸出,另外一個半橋上下管全關(guān),這個相電壓是懸浮態(tài)。
BLDC電機運行后,相線都有反電動勢。
電機反電動勢來源于電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起磁通的變化,而磁通的變化在定子繞組上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。
對同一個電機來說,反電動勢峰值跟電機轉(zhuǎn)速幾乎是固定的比例。
根據(jù)上面對反電動勢峰值跟轉(zhuǎn)速(電頻率)幾乎成固定比例的描述,設(shè)定 。[size=150%]Vm為反電動勢峰值, 對于同一個電機,我們可以認(rèn)為[size=150%]Kv幾乎不變。
以上圖左邊的藍(lán)色區(qū)域為例,該區(qū)域(反電動勢過零點時刻到下一次換相點時刻之間的區(qū)域)的電角度是30度,也就是電角度(360度)的1/12。
設(shè)當(dāng)前電機電頻率為f, 單位為Hz。
反電動勢的峰值電壓為 ,單位為伏特。
設(shè)反電動勢從center tap value到最大值的時間為[size=150%]t1, 而 。
那么藍(lán)色積分區(qū)域的積分值就等于藍(lán)色三角形的面積:
可以看到,積分結(jié)果是[size=150%]Kv值的 ,因此積分結(jié)果也是幾乎不變的。
所以我們可以根據(jù)積分的值跟固定閾值作比較來判斷換相點。
Ea, Eb, Ec為電機三相反電動勢電壓,va, vb, vc為三相半橋中點電壓,也就是電機三相輸入電壓。
La, Lb, Lc為電機三相相電感,ia, ib,ic為電機三相輸入電流,Ra, Rb, Rc為電機三相輸入電阻(考慮三相電阻相等), vn為電機三相中點電壓。
可以得到當(dāng)Ec=0,也就是反電動勢過零時,, 也就是說當(dāng)ADC檢測到時,就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點, 那么理論上再經(jīng)過1/12 的電周期時間,電機就需要進(jìn)行換向.
上管ON的時間比較短時,在上管OFF時檢測懸浮相的反電動勢電壓(一般在OFF時間的正中間進(jìn)行采樣)
得到當(dāng)Ec=0,也就是反電動勢過零時,vc=0, 也就是說當(dāng)ADC檢測到vc=0時,就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點, 那么理論上再經(jīng)過1/12的電周期時間,電機就需要進(jìn)行換向.
從上面的分析,我們可以看到,使用ADC采樣積分方式進(jìn)行無感BLDC控制,設(shè)計上需要注意以下兩點
積分閾值跟電機的反電動勢峰值和轉(zhuǎn)速比值相關(guān),可能會隨著電機不同而不同,需要針對電機進(jìn)行調(diào)整。
上管做PWM驅(qū)動的設(shè)計下, 可以采用不同的ADC采樣策略來針對大duty和小duty的情況,同時反電動勢過零點的判斷也需要調(diào)整
電機高速情況下,電頻率相對比較高,而ADC積分采樣基于PWM開關(guān)周期采樣的,所以要獲得比較準(zhǔn)確的換相點,需要比較高的開關(guān)頻率,如果開關(guān)頻率比較低,意味著采樣速率慢,可能會造成換相延遲比較大,從而影響電機的正常控制。
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