成本和简洁完美结合的驱动单绕组单相无刷直流电机

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低成本驱动器在现代电机应用中扮演着至关重要的角色。为了满足成本和复杂度的需求,单相无刷直流(BLDC)电机被广泛认可为一种理想的替代方案。它通过简洁的设计和制造容易性降低了成本,并提供了与控制器的高度协调性。本文将介绍一种基于单绕组单相无刷直流电机的低成本驱动方案,该方案利用两个反馈回路实现了高效的电机控制。

 

一、驱动器设计

 

1. 内层回路:实现换向控制

内层回路是实现电机换向控制的关键部分。借助互补波形发生器(CWG)的输出信号,我们可以准确控制定子绕组的激励。霍尔传感器的输出信号经过比较器与固定参考电压(FVR)进行比较,以确保准确的传感器状态。为了减轻噪声干扰,我们采用了延迟启动比较器的方法,确保传感器输出的稳定性。

2. 全桥电路:供电和控制

全桥电路为电机提供电源并控制其运行状态。它由P沟道MOSFET和N沟道MOSFET组成。通过精心选择这两类MOSFET的参数,我们可以实现最佳的开关特性。为了防止上桥臂和下桥臂同时导通,从而避免电流直通导致驱动器损坏,我们引入了死区延时。

 

二、故障检测与保护

 

在低成本驱动系统中,过流和过温故障检测至关重要,以确保电机的安全运行。为了实现过流保护功能,我们在驱动电路中添加了电阻Rshunt,将电流转换为相应的电压进行检测。通过将电压信号与参考电压进行比较,我们可以及时发现电机工作时的过流情况。此外,我们还引入了片上温度指示器来检测电机的温度异常,确保电机始终处于安全工作温度范围内。

 

三、外层回路:实现转速控制

 

外层回路旨在精确控制电机在不同工况下的转速,如负载需求、干扰和温度变化等。通过信号测量定时器(SMT),我们可以测量电机的输出频率。利用SMT提供的周期和占空比采样模式,我们可以得到电机实际转速与设定参考转速之间的误差值。将误差值输入P控制器进行计算,可以得出补偿值,进而调整PWM脉宽占空比。

 

结论:

 

低成本驱动单绕组单相无刷直流电机方案通过简洁而高效的设计,为现代电机应用带来了重大发展机遇。该方案充分利用两个反馈回路,实现了电机换向、转速控制以及故障检测和保护功能。其成本效益高、易于制造的特点使其在各种低功耗应用中具有广泛的应用前景。

未来,我们可以预见,低成本驱动单绕组单相无刷直流电机将在多个领域得到更广泛的应用。随着技术不断发展,这一领域将迎来更多创新和突破,推动电机应用进入一个崭新的时代。

 

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