TI推出梯形和FOC两种控制方式的无刷直流电机驱动系列
发布日期:2023-03-02
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你被家里的许多电器所引起的噪音分心了吗？TI最新推出的无刷直流电机驱动器，采用梯形和磁场定向控制，可使电器噪音减少3.3 dBA。
无刷直流电机（BLDC）取代交流感应电机，在通用电器中的应用越来越普遍，包括风扇、空气净化器、洗衣机和烘干机泵以及医用CPAP鼓风机。
然而，无刷直流电机的调制也会产生噪声，尤其是开放式概念越来越在办公室和家庭环境中流行。
为了解决这些噪声相关问题，德州仪器（TI）日前宣布推出两款新的70 W无传感器无刷直流电机驱动器，MCT8316A和MCF8316A。这些驱动器具有高度集成和无代码等特点，分别使用先进的梯形控制和磁场定向控制（FOC）。
电器常见噪声级的几个示例。
这些新芯片的目标包括三个方面：减少日常应用中的声音噪声源，将解决方案尺寸缩小70%，减少BLDC调谐的总体设计时间（可能减少到10分钟）。
让我们看看TI的最新产品是如何实现这三个目标的。
MCx8316A芯片概述
MCT8316A和MCF8316A支持包括4.5 V至35 V的工作范围，峰值输出高达8A。这些芯片设计用于需要12 V至24 V无刷直流电机或永磁同步电机的速度控制。
MCX836A芯片概述。
MCX836A系列驱动器的一个重要特点是降低了噪声。具体而言，MCT8316A支持120°和150°调制，通过梯形控制方案改善声学性能。
MCF8316A采用FOC方案，利用自动死区时间补偿来减少馈送至电机的谐波含量，从而降低可听范围内的噪声。
一个系列，两个芯片，两种控制方案，因此可以灵活实现两种流行的控制
无刷直流电机中的梯形控制与FOC控制方式介绍
无刷直流电机一般有两种类型，包括霍尔效应传感器驱动结构和无传感器结构。虽然更复杂，但无传感器架构是更优选的选择。对于无传感器操作，出现了两种控制方案。
梯形控制方案的时序图。
梯形控制的工作原理是，在任何给定时间都有两个相位。因此，如上所示，在任何相位的过零期间都不会产生扭矩。
该方案会导致在每60°零相位交叉处产生纹波，从而产生谐波。在120°模式下，BLDC驱动器将在每个循环的剩余60°使用高Z状态。
而FOC在反馈控制的转换中的复杂性更高。
三相逆变器的输出产生正弦信号，该信号通过克拉克变换和派克变换进行采样和馈送。
现场定向控制FOC的基本框图。
这两种变换均为通过将定子电流矢量从三相时变系统转换为两坐标时不变系统实现直接转矩控制。
MCX836A芯片如何降低噪声
用于控制无刷直流电机的两种控制方案各有优缺点。每种方法都会产生谐波，从而产生噪声。
两种无传感器无刷直流控制方案的优缺点对比。
调制和死区时间补偿对于降低电机运动噪声至关重要。MCF8316A使用谐振控制器补偿高压侧和低压侧开关MOSFET之间的死区时间，以将谐波含量降至零。
在MCF8316A内部启用死区时间补偿可消除可听谐波（左），从而产生更纯净的正弦信号（右）。
对正弦输出和随后的快速傅里叶变换（FFT）的影响如上所示。
类似地，梯形控制方案（如MCT8316A）的FFT响应通过利用芯片的可变换向方案在120°和150°之间通过“开窗”电机相位处于高Z模式的时间量进行动态切换而得到改善。
总而言之，这种降噪解决方案似乎在许多应用中都很有前景，尤其是在消费品方面。
写在最后
虽然很多员工已经有一段时间没有在办公室办公了，但我们很容易回忆起环境噪音是如何分散注意力的。也许，即使在家工作，冰箱的噪音同样会干扰你的工作。
梯形和FOC方法的控制方案的进步致力于清除驱动无刷直流电机的信号的波动，从而产生更安静的运行环境。
MCX836A系列提供的高级集成将解决方案减少到10个组件，面积仅为2 cm²，而采用分立方案，将使用28个组件，面积为7 cm²。
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