基于基于XC866/846中霍尔传感器模式实现直流无刷电机同步整流中霍尔传感器模式实现直流无刷电机同步整流
控制控制
电动自行车作为一种环保的交通工具已得到了广泛使用。直流无刷电机及控制器是电动自行车中的关键部件,
其性能决定了整个系统的电能转换效率。控制器根据霍尔传感器输出信号,驱动3相全桥电路,实现对直流无刷
电机的控制,因此霍尔信号的准确性及换相的实时性会直接影响电机的性能。在现有电动自行车控制器方案
中,霍尔传感器信号的采集均采用软件扫描形式进行,换相操作也通过软件处理,换相误差大,实时性差,尤
其对中高速电机更为明显。而英飞凌公司的XC866/846可以支持硬件霍尔信号采集、换相操作,且无需额外电
路即可实现同步整流控制,单片机利用率高,电机控制性能好。 直流无刷电机控制 传统的直流无刷电
机采用梯
电动自行车作为一种环保的交通工具已得到了广泛使用。直流无刷电机及控制器是电动自行车中的关键部件,其性能决定
了整个系统的电能转换效率。控制器根据霍尔传感器输出信号,驱动3相全桥电路,实现对直流无刷电机的控制,因此霍尔信
号的准确性及换相的实时性会直接影响电机的性能。在现有电动自行车控制器方案中,霍尔传感器信号的采集均采用软件扫描
形式进行,换相操作也通过软件处理,换相误差大,实时性差,尤其对中高速电机更为明显。而英飞凌公司的XC866/846可以
支持硬件霍尔信号采集、换相操作,且无需额外电路即可实现同步整流控制,单片机利用率高,电机控制性能好。
直流无刷电机控制 直流无刷电机控制
传统的直流无刷电机采用梯形波驱动方式,系统结构框图如图1a所示,MCU根据三个霍尔传感器信号调制PWM输
出,PWM驱动波形如图1b所示。由于在这种控制方式下,电机端电压波形为梯形波,因此也称为梯形波控制。从图1中可以
看出,PWM输出存在6种状态,对于每种状态,逆变桥的6个功率管中仅有2个工作,例如,当状态等于5时,CC60和
COUT62对应通道开通。
图1:直流无刷电机控制拓扑结构及PWM驱动信号波形。
在PWM开通和关断期间,逆变桥内的电流如图2所示(以状态5为例)。当PWM开通时,电流经过M1,经过电机及M6返回
电源。当PWM关闭时,续流电流经由D2(M2中的寄生二极管)、电机相线和M6返回电源。由于二极管D2的导通压降为0.6~1V
左右,因此续流电流在这个二极管上会产生较大的损耗,当电机负载大、续流电流大的时候,损耗问题更加严重,将影响逆变
器效率。
图2:简单梯形波控制中的电流示意图。
为减少续流电流在寄生二极管上产生的损耗,在一些应用中使用MOSFET作为逆变元件。由于MOFSET具有导通阻抗
低、电流可以双向流动的特点,在M1关断,进入续流阶段时,开通M2,使续流电流流经M2,由于MOSFET的导通阻抗极
低,损耗很小,例如当续流电流为10A,MOSFET导通电阻10mΩ,二极管D2压降0.7v时,若续流电流流经D2时产生损耗为
7W,而流经MOSFET时产生损耗仅为1W,因此使用这种控制方式可以减少损耗,提高逆变器的效率,在续流电流大的情况