基于英飞凌 XMC1302T038X0032AB的直流无刷电机控制解决方案,针对锂电池电动工具开发的无霍尔控制。通过单片机内置的 3 路比较器进行反电势零采样,内部 POSIF 模块软件滤波,CCU8 输出 6 路方波 PWM 至驱动芯片 6ED003L06-F,驱动 MOS 管,内部带增益的 ADC 进行电流检测与保护。 XMC1302T038X0032AB 系列内核为 32MHZ,外设工作为 64MHZ,较好实现无霍尔启动算法。芯片有 TSSOP38 和 QFN24 封装,适合电动工具的狭小空间设计。
三相直流无刷电机原理
闭环控制:通过闭环测量当前电机的转速以达到控制电机转速的目的。通过计算期望转速和实际转速的误差,运用 PID 算法调节 PWM 的占空比,以达到控制电机转速的目的。对于低成本、低转速的应用场合,可使用霍尔传感器获得转速反馈。在高转速应用场合,可在电机上安装光电编码器进行转速和转向测量。
反电动势(BACK EMF):根据楞次定律,BLDC 转动时其绕组会产生与绕组两端电压相反方向的反向电压,即反电动势。反电动势和绕组所加电压呈反向,决定反电动势值的主要因素有转子的角速度、转子永磁体的磁场强度、定子每相线圈匝数。
无传感器 BLDC 控制:可直接通过测量电机反电动势获知转子位置。当电机转速较低时,反电动势较小,过零检测电路无法正常检测,此时在电机启动阶段需使用开环控制,当电机启动到产生可以过零检测的反电动势转速时,系统切换到过零检测控制模式,进行闭环控制。
最大扭矩:最大扭矩可通过负载扭矩、转动惯量和摩擦力相加得到,另外还受一些额外因素影响,通常需要至少 20% 的扭矩余量。
平方根扭矩:可以近似认为平方根扭矩为实际应用中需要的持续输出扭矩,它由最大扭矩、负载扭矩、转动惯量、加速、减速以及运行时间等因素决定。
转速:一般可根据电机的转速梯形曲线确定转速需求,由于其他因素,在计算电机转速需求时需留有余量。