簡(jiǎn)介

為了滿足智能和節(jié)能吊扇的需求，市場(chǎng)趨勢(shì)已從傳統(tǒng)的單相感應(yīng)電機(jī)吊扇轉(zhuǎn)向節(jié)能的無刷直流（BLDC）電機(jī) 。與傳統(tǒng)的吊扇相比，典型的 BLDC 吊扇（見圖 1）具有更高的效率、功率因數(shù)和功率密度，這使得電機(jī)可以更小。然而，吊扇應(yīng)用要求帶來了多個(gè)系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)必須在 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中得到解決，通常需要大量的專業(yè)編碼開發(fā)。本文討論了這些挑戰(zhàn)，并重點(diǎn)介紹了現(xiàn)有的無代碼矢量控制（FOC）無傳感器 BLDC 電機(jī)控制器如何解決吊扇應(yīng)用中的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代吊扇的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代吊扇設(shè)計(jì)師面臨許多挑戰(zhàn)，需要通過代碼開發(fā)來確保：

• 啟動(dòng)時(shí)無傳感器的精確轉(zhuǎn)子 IPD 數(shù)據(jù)： 啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)（IPD）不準(zhǔn)確可能導(dǎo)致反轉(zhuǎn)或危險(xiǎn)振蕩。在無傳感器啟動(dòng)的 BLDC 風(fēng)扇中傳統(tǒng)使用的對(duì)齊并啟動(dòng)算法，會(huì)導(dǎo)致葉片在開始旋轉(zhuǎn)到期望方向之前向相反方向移動(dòng)，這種反向移動(dòng)在吊扇應(yīng)用中被視為安全問題。

• 穩(wěn)定的電源電壓： 精確的轉(zhuǎn)子 IPD 數(shù)據(jù)需要穩(wěn)定的電源電壓，尤其是在啟動(dòng)時(shí)面臨巨大的浪涌電流時(shí)。功率因數(shù)校正（PFC）轉(zhuǎn)換器的電壓必須在啟動(dòng) IPD 操作之前穩(wěn)定。這是通過延遲啟動(dòng)來適應(yīng)這種浪涌電流來實(shí)現(xiàn)的，這確保了可靠的位置檢測(cè)。

• 可靠的正向或反向啟動(dòng)： 風(fēng)扇在正向或反向風(fēng)車操作時(shí)必須可靠啟動(dòng)。在正向風(fēng)車操作中，如果風(fēng)扇已經(jīng)以期望方向旋轉(zhuǎn)且電機(jī)被命令開啟，控制器必須判斷電機(jī)是否需要完全停止或具有足夠的反電動(dòng)勢(shì)（emf）以在無傳感器模式下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。而在反向風(fēng)車操作中，如果電機(jī)以非期望方向旋轉(zhuǎn)，則首先完全停止電機(jī)，然后以期望方向重新啟動(dòng)。

• 與安裝環(huán)境的兼容性： 用于安裝吊扇的各種聯(lián)軸器會(huì)影響電機(jī)啟動(dòng)性能。電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法應(yīng)考慮這些系統(tǒng)級(jí)問題。

• 安全高效的恒速電機(jī)控制： 速度控制對(duì)于限制系統(tǒng)峰值輸入功率和防止驅(qū)動(dòng)器中過度的功率耗散至關(guān)重要，這可能導(dǎo)致?lián)p壞。
  
  

• 故障檢測(cè)和報(bào)告： 必須檢測(cè)和報(bào)告各種故障條件，如卡轉(zhuǎn)、超速、過流、振動(dòng)或缺相。

開發(fā)解決這些挑戰(zhàn)的專業(yè)軟件需要廣泛的知識(shí)系統(tǒng)和小型控制器，并增加了整體研發(fā)時(shí)間和成本。

集成算法消除編碼

設(shè)計(jì)師可以通過集成專門設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器來簡(jiǎn)化開發(fā)并減少時(shí)間，這些驅(qū)動(dòng)器集成了無需在系統(tǒng)開發(fā)過程中進(jìn)行編碼的算法。市場(chǎng)上的解決方案包括來自 Allegro 的 50V 三相無傳感器 BLDC 電機(jī)（FOC） 柵極驅(qū)動(dòng)器  QuietMotion 系列。該系列包括專為無傳感器運(yùn)行設(shè)計(jì)的專有高性能算法，以實(shí)現(xiàn)最佳效率和卓越的噪聲性能，而無需軟件開發(fā)。完全集成的專有 Allegro 算法支持的功能包括：

• 在寬泛的操作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率，使用正弦波 FOC 算法來對(duì)反電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)電流進(jìn)行相位對(duì)齊。

• 非反向快速啟動(dòng)和從啟動(dòng)中獲得正確的位置數(shù)據(jù)，使用先進(jìn)的 IPD 雙脈沖算法。

• 通過 100 毫秒啟動(dòng)延遲實(shí)現(xiàn)正確的 IPD 和平滑啟動(dòng)，該延遲允許足夠的時(shí)間進(jìn)行 PFC 電壓調(diào)節(jié)。使用具有延遲 IPD 的 QuietMotion 設(shè)備的典型啟動(dòng)情況如圖 2 所示。

• 在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)風(fēng)車情況下實(shí)現(xiàn)平滑的開-關(guān)轉(zhuǎn)換，這是由集成在電機(jī)控制器中的軟啟動(dòng)、軟停止功能實(shí)現(xiàn)的。

• 通過閉環(huán)速度控制和閉環(huán)功率控制調(diào)節(jié)速度變化和功率變化與負(fù)載，確保運(yùn)行和輸入功率保持在指定范圍內(nèi)。

• 門控制器中集成的保護(hù)功能在故障情況下保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，包括電流限制、過流保護(hù)（VDS 感應(yīng)）、可編程安全制動(dòng)閾值、欠壓鎖定、過壓保護(hù)、鎖檢測(cè)、缺相保護(hù)、振動(dòng)鎖檢測(cè)、過速保護(hù)和熱關(guān)斷。

• 應(yīng)用特定參數(shù)的編程和調(diào)諧——包括速度、電流、功率、速度曲線和電阻等——直接通過控制器 EEPROM 中的簡(jiǎn)單 I2C 接口進(jìn)行。

這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)器  的快速簡(jiǎn)便調(diào)諧能夠?qū)崿F(xiàn)快速應(yīng)用集成，從而減少開發(fā)時(shí)間和成本。

尋找最佳節(jié)省成本、無需編碼的解決方案

Ps. QuietMotion 系列 FOC 門控制器配備了控制吊扇所需的基本功能，包括專為吊扇應(yīng)用設(shè)計(jì)的 FOC 算法，以實(shí)現(xiàn)無代碼環(huán)境，達(dá)到最佳效率和聲學(xué)性能。欲了解更多關(guān)于 QuietMotion 并選擇滿足特定設(shè)計(jì)需求的最佳設(shè)備，請(qǐng)參考表 1 中提供的附加功能。使用 QuietMotion 解決方案可以消除軟件開發(fā)代碼的開發(fā)，設(shè)計(jì)時(shí)間和相關(guān)成本均可降低。