无传感器bldc控制与应用技巧 - 21ic
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内容
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无感BLDC控制原理分析
基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现
无感BLDC启动原理及实现
总结
内容
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无感BLDC控制原理分析
基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现
无感BLDC快速启动原理及实现
总结
带位置传感器的BLDC控制系统
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微控制器
Hall A
Hall B
Hall C
位置
母线电压
母线电流
速度给定 P
W
M
输出
Why sensorless?
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HALL的安装条件受到限制
Hall影响可靠性
安装精度有要求
成本高(线材,接插件,元件等)
SENSORLESS模式通过反电势获得换相信息,摆脱对HALL的依赖
使用Hall面临的问题
HALL信号和电机相反电势的关系
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有传感器BLDC控制波形
2014/7/14
霍尔3
A
B
C
霍尔1
霍尔2
30°
相反电动势过零点延迟30度对应霍尔信号边沿
有效地检测反电势过零点可以实现无感换相
反电势来源
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Freewheel
current
Zero
crossing
point
Commutation
30°
在电机的非导通相可以检测到反电势
无感BLDC反电势检测方式
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1)通过AD检测实现
2)通过比较器实现
能准确的获得三相电动势的信息,精准的实现换相。
在高速 依靠比较器的快速性,实现电机准确换相。
内容
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无感BLDC控制原理分析
基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现
无感BLDC启动原理及实现
总结
ADC处理
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On On
Mosfet Mosfet
Trigger
A/D
Trigger
A/D
Period match
Compare matchADC可以在PWM任意时刻硬件触发,一般选在PWM_ON中点或末端
换相带来的电感尖峰需要回避
基于比较器方式的XMC1300无感BLDC控制系统
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内置三个高速比较器,无须输入信号切换
POSIF单元处理比较器信号,实现硬件换相
CCU4配合POSIF实现滤除开关毛刺和续流尖峰处理、换相延时。
XMC1300 内置比较器
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每个比较器可独立配置输入滤波、滞环电压、输出极性
延迟时间30nS(ΔVcmp=100mV时)
比较结果可输出到IO、产生中断或者接到ERU产生信号
三个比较器的正输入端可以软件配置成共用一个端口, 接入虚拟中心点
XMC1301 内置比较器输入信号
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U相反电动势与中心点电压波形
中心点电位Vn等于 (Uu+Uv+Uw)/3
POSIF单元(无Hall 模式)
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Hall 模式
内建输入滤波器排除噪声影响,也可以延迟采样规避干扰
支持多通道模式操控PWM输出,且能与PWM同步
正确采样事件硬件触发CCU4作速度检测
比较器输出信号通过ERU连接到POSIF信号输入端,取代HALL
端电压需要回避干扰
电机端电压信号必须处理掉不希望的干扰,但注意不能采用滤波手段,
以免带来相移。 Page 19 2013-07 Copyright © Infineon Technologies AG 2013. All rights reserved.
电感尖峰
和PWM开
关噪声需
屏蔽处理
未经屏蔽处理的比较器输出信号
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未经屏蔽处理的比较器输出信号包含PWM开关和电感续流尖峰带来的杂波
有效边沿1 有效边沿2
POSIF采样经过屏蔽处理的比较器输出信号
由于PWM的作用,比较器输出高频开关信号,必须按照PWM同步屏蔽,才能检出有效信号。
执行换相后,电感续流尖峰会带来错误的比较输出,须加以屏蔽。
监测窗口的宽度正比于PWM占空比,随之增大而增大
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利用POSIF与CCU4消除换向尖峰毛刺与PWM开关信号
External Gating by CC83/43 ST
External Modulation by CC42ST
POSIF.OUT0 (边沿有变化)
POSIF采样由CC40的ST信号确认
屏蔽作用通过影响CC40 ST实现
CCC40的外部事件描述 Event0---外部启动,ST信号确认采样
Event1---外部门控,执行PWM同步屏蔽
Event2---外部调制,执行换相后屏蔽
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触发POSIF采样
利用POSIF+CCU4实现换相点判定
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POSIF采样信号由CCU40ST 信号确定 ,通过CCU40ST可以屏蔽掉无效输入
同步整流的实现
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非同步整流PWM输出波形
续流过程中电流经过二极管,能量消耗在二级管上
同步整流的实现
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同步整流PWM输出波形
同步整流时,续流通过MOSFET导通电阻,热量消耗在导通电阻上。
非同步整流的实验波形
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非同步整流:端电压频率735HZ
电源输入12V,电流4.64A。
同步整流的实验波形
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同步整流:端电压频率735HZ
电源输入12V,电流4.36A,相比较非同步整流效率提高了6%
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无感BLDC控制原理分析
基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现
无感BLDC快速启动原理及实现
总结
初始转子位置通过检测通电时电流大小的不同来判定.
每一相都正反通电, 电感量的不同反映在检测到的电流上
初始位置检测
phase A
phase B
phase C
VDC
BC
BB
BA
Vector sum of
fields BA, B
B, B
C
Vector sum of
fields BB
and BC
phase A
energized in
forward
direction
不同位置的电流峰值
两两通电的六种组合状态可以将转子位置判定到60度区间
Current Sensor Output with Bias Rotor Position within
60°
phase A
phase B
phase CTime
Cu
rre
nt(
A)
0
无感BLDC启动过程
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在零速时,依据反电动势过零换向信号还未稳定。可采用6步+母线电流变化率信号进行换向
edt
diLiRudc *
当某两相导通时,若电机此时还未转动,此时电机相当于电阻与电感的串 联,那么母线电流的最大值保持不变。
施加的6步电压让电机转动,则此时母线上的电流发生变化。根据母线 电流变化
,进行换向操作。
同步检测反电势产生的换相信号,待其连续稳定时切入
无感BLDC启动分析
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实验条件 :母线电压:12V 绿色:母线电流
黄色:CC42输出波形(正确霍尔事件后延30度。)
紫色:电流换向信号
实验波形
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电机启动波形,由波形可知,电机启动时间短 。
电流采样
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3 Phase
PMSM
Power MOSFET
ADC Channel
每个通道的采样单元内置模拟放大,倍率1,3,6,12可选,成本敏感用户可以用于无运放直读ADC
初始位置判定和快速启动需要母线电流信息
内容
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无感BLDC控制原理分析
基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现
无感BLDC启动原理及实现
总结
XMC1300实现高速无感BLDC总结
内置三个高速比较器,无须输入信号切换
POSIF单元处理比较器信号,实现硬件换相
CCU4配合POSIF实现开关毛刺和续流尖峰处理、换相延时
互补PWM输出,实现同步整流
ADC直读
MCU封装提供TSSOP、VQFN形式
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