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使用高度集成的柵極驅(qū)動(dòng)器節(jié)省電機(jī)控制設(shè)計(jì)空間

1945348 2022-11-25 | pdf | 342.59KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

由鋰離子電池供電的高功率密度、高效率、三相無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)使無(wú)繩電動(dòng)工具、真空吸塵器和電動(dòng)自行車的開發(fā)成為可能。然而，為了為更緊湊的機(jī)電設(shè)備節(jié)省空間，設(shè)計(jì)人員面臨著進(jìn)一步縮小電機(jī)控制電子設(shè)備的壓力。由鋰離子電池供電的高功率密度、高效率、三相無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)使無(wú)繩電動(dòng)工具、真空吸塵器和電動(dòng)自行車的開發(fā)成為可能。然而，為了為更緊湊的機(jī)電設(shè)備節(jié)省空間，設(shè)計(jì)人員面臨著進(jìn)一步縮小電機(jī)控制電子設(shè)備的壓力。這不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。除了將驅(qū)動(dòng)器組件擠入狹窄空間的明顯困難之外，將所有部件推得更近會(huì)增加熱管理，當(dāng)然還有電磁干擾 (EMI) 問(wèn)題。這不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。除了將驅(qū)動(dòng)器組件擠入狹窄空間的明顯困難之外，將所有部件推得更近會(huì)增加熱管理，當(dāng)然還有電磁干擾 (EMI) 問(wèn)題。電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)轉(zhuǎn)向新一代高度集成的柵極驅(qū)動(dòng)器（電機(jī)控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件）來(lái)實(shí)現(xiàn)更纖薄的設(shè)計(jì)。電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)轉(zhuǎn)向新一代高度集成的柵極驅(qū)動(dòng)器（電機(jī)控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件）來(lái)實(shí)現(xiàn)更纖薄的設(shè)計(jì)。本文將在介紹合適的柵極驅(qū)動(dòng)器之前討論 BLDC 電機(jī)的操作，以及如何使用它們來(lái)克服緊湊型電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。本文將在介紹合適的柵極驅(qū)動(dòng)器之前討論 BLDC 電機(jī)的操作，以及如何使用它們來(lái)克服緊湊型電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。制造更好的電動(dòng)機(jī)制造更好的電動(dòng)機(jī)由于能源效率和節(jié)省空間的雙重商業(yè)壓力，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)得到了迅速發(fā)展。數(shù)字控制的 BLDC 電機(jī)代表了這一演變的一部分。該電機(jī)的流行是由于使用電子換向，它提供比傳統(tǒng)（電刷換向）直流電機(jī)更高的效率，對(duì)于以相同速度和負(fù)載運(yùn)行的電機(jī)，效率提高了 20% 到 30%。由于能源效率和節(jié)省空間的雙重商業(yè)壓力，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)得到了迅速發(fā)展。數(shù)字控制的 BLDC 電機(jī)代表了這一演變的一部分。該電機(jī)的流行是由于使用電子換向，它提供比傳統(tǒng)（電刷換向）直流電機(jī)更高的效率，對(duì)于以相同速度和負(fù)載運(yùn)行的電機(jī)，效率提高了 20% 到 30%。對(duì)于給定的功率輸出，這種改進(jìn)允許 BLDC 電機(jī)變得更小、更輕和更安靜。BLDC 電機(jī)的其他優(yōu)勢(shì)包括卓越的速度與扭矩特性、更動(dòng)態(tài)的響應(yīng)、無(wú)噪音運(yùn)行和更高的速度范圍。工程師們也在推動(dòng)設(shè)計(jì)在更高的電壓和頻率下運(yùn)行，因?yàn)檫@允許緊湊型電動(dòng)機(jī)完成與更大的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相同的工作。對(duì)于給定的功率輸出，這種改進(jìn)允許 BLDC 電機(jī)變得更小、更輕和更安靜。BLDC 電機(jī)的其他優(yōu)勢(shì)包括卓越的速度與扭矩特性、更動(dòng)態(tài)的響應(yīng)、無(wú)噪音運(yùn)行和更高的速度范圍。工程師們也在推動(dòng)設(shè)計(jì)在更高的電壓和頻率下運(yùn)行，因?yàn)檫@允許緊湊型電動(dòng)機(jī)完成與更大的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相同的工作。BLDC 電機(jī)成功的關(guān)鍵是電子開關(guān)模式電源和電機(jī)控制電路，它產(chǎn)生三相輸入，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)子拉動(dòng)。因?yàn)榇艌?chǎng)和轉(zhuǎn)子以相同的頻率旋轉(zhuǎn)，所以電機(jī)被歸類為“同步”。霍爾效應(yīng)傳感器傳遞定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，以便控制器可以在正確的時(shí)刻切換磁場(chǎng)。還可以使用“無(wú)傳感器”技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)反電動(dòng)勢(shì) (EMF) 以確定定子和轉(zhuǎn)子的位置。BLDC 電機(jī)成功的關(guān)鍵是電子開關(guān)模式電源和電機(jī)控制電路，它產(chǎn)生三相輸入，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)子拉動(dòng)。因?yàn)榇艌?chǎng)和轉(zhuǎn)子以相同的頻率旋轉(zhuǎn)，所以電機(jī)被歸類為“同步”。霍爾效應(yīng)傳感器傳遞定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，以便控制器可以在正確的時(shí)刻切換磁場(chǎng)。還可以使用“無(wú)傳感器”技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)反電動(dòng)勢(shì) (EMF) 以確定定子和轉(zhuǎn)子的位置。向三相 BLDC 電機(jī)順序施加電流的最常見(jiàn)配置包括以橋式結(jié)構(gòu)排列的三對(duì)功率 MOSFET。每對(duì)都充當(dāng)逆變器，將電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組所需的交流電壓（圖 1）。在高壓應(yīng)用中，通常使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 代替 MOSFET。向三相 BLDC 電機(jī)順序施加電流的最常見(jiàn)配置包括以橋式結(jié)構(gòu)排列的三對(duì)功率 MOSFET。每對(duì)都充當(dāng)逆變器，將電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組所需的交流電壓（圖 1）。在高壓應(yīng)用中，通常使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 代替 MOSFET。圖 1：數(shù)字三相 BLDC 電機(jī)控制通常使用三對(duì) MOSFET，每一對(duì)為電機(jī)的一個(gè)繞組提供交流電壓。（圖片來(lái)源：