速度控制
遵循给定顺序的换向顺序有助于确保电机的正确旋转。因此,电机速度取决于所施加电压的幅度。通过使用脉冲宽度调制 (PWM) 来调整施加信号的幅度。图 4
显示了各种功率器件的开关信号。
从上图中可以看出,高端晶体管是使用 PWM 驱动的。通过控制 PWM
信号的占空比,可以控制施加电压的幅度,进而控制电机的速度。为了能够平稳地达到所需的速度,PI 控制回路的实施如图 5 所示。
所需速度与实际速度之间的差值输入 PI 控制器,然后根据实际速度与所需速度之间的差值获得的误差信号调制 PWM 的占空比。
扭矩控制
扭矩控制在各种应用中很重要,在这些应用中,在给定的时间点,无论电机运行的负载和速度如何变化,电机都需要提供特定的扭矩。扭矩可以通过调整磁通量来控制,但是磁通量计算需要复杂的逻辑。然而,磁通量取决于流过绕组的电流。因此,通过控制电流,可以控制电机的转矩。
图 6 显示了转矩控制实现逻辑。通过保持流过绕组的电流,可以控制转矩。可以实施类似于用于控制速度的 PI
环,以使转矩响应曲线随着负载的变化而变得平滑。
电机保护
在电机控制设计中,具有保护逻辑以确保系统安全运行非常重要。例如,当电机卡住时,通过绕组的电流会累积到非常高的水平,这会烧毁驱动电机的功率器件。
峰值电流 -这是为了安全运行而允许流过绕组的最大瞬时电流。这种情况发生在短路的情况下。只要电流超过峰值电流限制,就会应用硬件保护来终止 PWM
输出。
最大工作电流 - 这是电机停转或过载时的最大输出电流。该电流可由应用固件控制。该逻辑的实现类似于转矩控制。
欠压 - 当系统使用电池运行时,如果电池电压低于特定限制,则切断电源变得很重要。由于电压下降是一个缓慢的过程,因此可以通过固件进行控制。
霍尔传感器故障 ——在基于传感器的 BLDC
电机中,电机的旋转完全基于从霍尔传感器获得的反馈。因此,在霍尔传感器发生故障的情况下,换向顺序将中断,这可能导致 BLDC
电机卡住,并且电流上升到特定限制之上。霍尔传感器故障可以在固件中通过检查霍尔传感器信号是否改变其逻辑电平来检测。如果它卡在特定水平,则可以将其检测为故障,并且可以断开电机驱动器,使其惯性运行或通过应用制动器停止。要采取的行动取决于设计的要求。
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