今天，人們對環(huán)境和節(jié)能的意識與以往一樣高。洗衣機、干衣機和冰箱等新一代大型家用電器必須具有更高的性能參數，例如更高的效率和更低的電磁干擾。系統(tǒng)靈活性必須很高，以促進市場修改并縮短開發(fā)時間。設計人員必須進行所有這些改進，同時降低系統(tǒng)成本。
在效率和成本的推動下，無刷直流 (BLDC) 電機在家用電器中越來越受歡迎。您現在可以在洗衣機、空調、冰箱等中找到它們。與有刷直流電機和交流電機不同，BLDC 電機有多種驅動方式。每種驅動程序方法都有自己的優(yōu)缺點，我們將在帖子中討論。
BLDC 驅動器控制方法的重要性
BLDC 電機的電子換向器按順序從 u 相到 v 相再到 w 相，并為定子線圈通電，產生旋轉電場，從而“拖動”轉子。高效運行依賴于線圈的精確通電，具體取決于定子和轉子的相對位置。BLDC 電機使用傳感器或無傳感器反饋進行轉子位置反饋。
在傳感器設計中，三個霍爾效應傳感器集成電路 (IC) 安裝在電機定子附近的位置?；魻杺鞲衅?IC 轉換的時序對應于反電動勢 (BEMF) 過零。在無傳感器技術中，驅動器取決于電機 BEMF 零電壓交叉的時間。
許多應用正在轉向無傳感器驅動器，因為它們消除了電機設計中的霍爾效應傳感器 IC 和相關電路。BEMF 是速度的函數，其中啟動時 BEMF 為零。無傳感器設計需要復雜的開環(huán)啟動算法，以便將電機加速到可以檢測到 BEMF 的速度?；魻枔Q向驅動器始終檢測轉子位置，因此啟動是可靠的，但會增加電機組件的額外成本。
電子換向有三種控制方案：
· 梯形。圖 1 中所示的梯形技術為兩相供電，一相為電機提供電流，另一相提供電流返回路徑。第三階段不驅動。驅動器控制三相驅動器中的哪兩個開關必須被正向或負向控制，以便為兩個有源線圈通電。當電機轉動時，電機端子的電流每旋轉 60 度就換向一次。梯形法的優(yōu)點是最容易實現；缺點是這種階梯式換向會導致轉矩脈動。轉矩脈動會導致速度變化，從而導致振動和可聞噪聲。
圖 1：梯形控制和轉矩脈動
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正弦. 在實際設計中很少使用純正弦驅動電壓，因為它們不能為每個電機端子提供足夠的接地電壓。更好的方法是通過使用“鞍形”曲線改變相對于地的脈寬調制 (PWM) 占空比（以及驅動電壓），在相之間生成正弦差分電壓，偏移 120 度以進行換向（圖 2） ）。產生的相電流 然后驅動電機遵循相間電壓的純正弦波變化。鞍形曲線技術有兩個優(yōu)點：首先，產生的最大差分電壓高于純正弦信號所能產生的電壓，為給定的輸入提供更高的扭矩和速度。其次，每個終端輸出在三分之一的時間內為零，進一步降低了功率級的開關損耗。
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圖 2：鞍座輪廓正弦控制
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磁場定向控制（FOC）。FOC 控制方法將三相交流電動機的定子電流識別為兩個正交分量，可以用矢量表示（圖 3）。一個分量定義了電機的磁通量；另一個分量定義扭矩。驅動器的控制系統(tǒng)根據驅動器速度控制給出的磁通和轉矩參考值計算相應的電流分量參考值。電流比例積分 (PI) 控制方法控制驅動器的 PWM 輸出。
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圖 3：FOC 控制理論
分析了三種控制方法后，FOC 需要復雜的算法來跟蹤電機扭矩，并且需要高性能微控制器 (MCU)。使用 BEMF 檢測模擬電路很容易實現梯形控制，但會在每次換向時產生轉矩脈動和噪聲。正弦控制會在換向過程中計算 BEMF，但如果負載突然變化，計算將失敗。表 1 比較了每種控制方法。
表 1：BLDC 電機控制方法的比較
電器具有穩(wěn)定的排水泵和風扇負載，正弦控制方案因其低成本、低轉矩脈動、低可聽噪聲和低響應時間而成為最佳選擇。TI 的 DRV10987 BLDC 電機驅動器是一種單芯片正弦解決方案，適用于洗衣機排水泵和烘干機風扇中使用的 50W BLDC 電機，正弦控制可將噪聲降低多達 13dB，并將效率提高多達 10% 。
DRV10987 將控制邏輯與金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 集成在一起。您可以通過模擬電壓、PWM或I 2 C接口控制電機。借助 DRV10987，您可以設計外形小巧的緊湊型驅動器。
圖 4 所示，詳細介紹了使用 DRV10987 的閉環(huán)速度控制。
圖 4：具有閉環(huán)速度控制的 24V、36W 無傳感器 BLDC 電機驅動參考設計
DRV10987 還集成了完整的保護邏輯，以實現洗衣機和冰箱等電器所需的強大的電機驅動器控制方法。過流保護電路執(zhí)行相間、相間和地間短路和相間短路保護。集成的電流限制邏輯可以將相電流限制在 MOSFET 的峰值電流能力 (3A) 內。轉子鎖定檢測具有快速準確的方法來檢測丟失位置和轉子鎖定情況?？闺妷豪擞浚ˋVS）、過壓和欠壓保護可以防止芯片因直流總線故障而損壞。對于穩(wěn)健的系統(tǒng)設計，集成熱保護可以防止芯片因過熱而損壞。
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