簡化無刷電機(jī)開發(fā)的工具

傳統(tǒng)上被視為直流電機(jī)類型的高端，無刷直流電機(jī)(BLDC) 通常被保留用于具有高性能或效率要求的系統(tǒng)。無刷直流電機(jī)（BLDC）是永磁式同步電機(jī)的一種，而并不是真正的直流電機(jī)，英文簡稱BLDC。區(qū)別于有刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，采用方波自控式永磁同步電機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。

無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來，只有實(shí)時(shí)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

無刷直流電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源 POWER，各相的端點(diǎn)接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時(shí)使功率管的 G極接 12V，功率管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的相線圈被通電。由于三個(gè)位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)依次導(dǎo)通，使得對(duì)應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是無刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動(dòng)原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

但隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變得更加集成化并且控制解決方案變得更容易獲得，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)使用 BLDC 電機(jī)解決方案比以往任何時(shí)候都更簡單，以便獲得性能和效率優(yōu)勢。為支持這一趨勢，TI 提供了高質(zhì)量的開發(fā)工具來幫助我們快速啟動(dòng) BLDC 電機(jī)，同時(shí)最大限度地降低開發(fā)成本。

在之前的一篇文章中，我討論了 LaunchPad? 開發(fā)套件加 BoosterPack 方法，該方法實(shí)質(zhì)上采用了微控制器 (MCU) LaunchPad 套件并添加了外設(shè) BoosterPack，允許我們評(píng)估 MCU、外設(shè)和整個(gè)系統(tǒng)。

這種組合可以讓我們跳過為我們的電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、布局和調(diào)試測試板的昂貴且耗時(shí)的步驟。該套件允許電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員連接電機(jī)并立即開始評(píng)估電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器的性能。圖 1 顯示了直接連接到套件的標(biāo)準(zhǔn)三相 BLDC 電機(jī)。24V 電源提供功率級(jí)和控制器電源軌。示波器正在查看輸入和輸出開關(guān)信號(hào)，并與 2kRPM 的電機(jī)電流進(jìn)行比較。初步評(píng)估后，LaunchPad 和 BoosterPack 設(shè)計(jì)文件可用作最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考。

圖 1：評(píng)估電機(jī)系統(tǒng)的示例實(shí)驗(yàn)室設(shè)置

例如，LAUNCHXL-F28027F和BOOSTXL-DRV8301一起使用 ( InstaSPIN-FOC ?) 無傳感器磁場定向控制技術(shù)設(shè)計(jì) BLDC 電機(jī)系統(tǒng)。除了無傳感器 InstaSPIN-FOC 電機(jī)控制之外， LAUNCHXL-F28069M 還擴(kuò)展了該方法，允許連接兩個(gè) BoosterPack 并開發(fā)基于InstaSPIN-MOTION ? 編碼器的傳感器速度和位置磁場定向控制。現(xiàn)在，我們正在發(fā)布使用我們下一代 BLDC 電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)器的BOOSTXL-DRV8305EVM （圖 2）。

圖 2：LAUNCHXL-F28027F + BOOSTXL-DRV8305EVM

除了評(píng)估硬件，TI 還提供全面的軟件和技術(shù)資源，以最大限度地減少開發(fā)開銷和時(shí)間。

BOOSTXL-DRV8305EVM 是基于 DRV8305 電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)器和 CSD18540Q5B NexFET? 功率 MOSFET 的 15A 三相無刷直流驅(qū)動(dòng)級(jí)。該模塊具有獨(dú)立的直流總線和相位電壓傳感以及用于無傳感器 BLDC 控制算法的獨(dú)立低側(cè)電流分流傳感。該模塊借助 LMR16006 0.6A 降壓穩(wěn)壓器為 MCU 提供 3.3V 電源。驅(qū)動(dòng)級(jí)受到短路、過熱、擊穿和欠壓等全面保護(hù)，并且可通過 SPI 接口輕松配置。

該模塊非常適合采用 DRV8305 進(jìn)行評(píng)估和快速開發(fā)。它旨在與兼容的 XL LaunchPad 一起工作。BoosterPack 可與 LAUNCHXL-F28207F（對(duì)于 InstaSPIN-FOC）組合使用，或者最多兩個(gè) BoosterPack 可與 LAUNCHXL-F28069M（對(duì)于 InstaSPIN-FOC 或 InstaSPIN-MOTION）組合使用。通過 MotorWare 支持 InstaSPIN 解決方案。

特性

4.4V 至 45V 電壓電源輸入

支持最大峰值 20A 的 15A 連續(xù)電流輸出

為 BLDC 無傳感器控制解決方案提供相位電壓和電流反饋

超小型（2.0 x 2.2 英寸）完整無刷直流驅(qū)動(dòng)級(jí)

驅(qū)動(dòng)級(jí)受到全面保護(hù)，包括短路、過熱、擊穿和欠壓保護(hù)

MotorWare為每個(gè)硬件套件、GUI 和技術(shù)文檔提供了廣泛的電機(jī)控制庫、項(xiàng)目/實(shí)驗(yàn)室/示例。LaunchPad + BoosterPack 組合使工程師可以立即開始軟件設(shè)計(jì)并在整個(gè)硬件設(shè)計(jì)階段取得進(jìn)展。