一個(gè)典型的 BLDC /FOC無刷電機(jī)解決方案通常包括四個(gè)部分：
01電機(jī)控制器：通常是由 MCU、DSP 等主控芯片負(fù)責(zé)，進(jìn)行電機(jī)控制與算法處理，并根據(jù)來自BLDC電機(jī)的反饋信號(hào)做出響應(yīng)，為柵極驅(qū)動(dòng)提供 6 路 PWM 信號(hào)。
02柵極驅(qū)動(dòng)：也被稱為“預(yù)驅(qū)”，會(huì)根據(jù)控制器的輸出信號(hào)，向功率器件的柵極施加電壓并提供驅(qū)動(dòng)電流。
03功率級(jí)：包含 MOSFET 或 IGBT 等功率器件，通過開關(guān)動(dòng)作控制輸出到 BLDC 負(fù)載上的功率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
04反饋回路：將 BLDC 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置、電流、電壓，以及故障等信號(hào)，反饋給控制器，形成控制的閉環(huán)。
最傳統(tǒng)，最成熟的驅(qū)動(dòng)方案就是控制器、柵極驅(qū)動(dòng)、功率級(jí)這三部分是分開的；也有將柵極驅(qū)動(dòng)和功率 MOSFET 集成為 IPM 的。
現(xiàn)在較為主流的方案是將柵極驅(qū)動(dòng)集成進(jìn)控制器中，后面再接上功率 MOSFET 或者 IGBT 來驅(qū)動(dòng) BLDC。
還有一種將這三部分都集成了，做成一個(gè) SoC，直接驅(qū)動(dòng) BLDC。
MCU+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動(dòng)的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活，IC 選擇性高，可適應(yīng)于各類大、中、小功率的控制器。對(duì)一般的 MCU 公司也最具有優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用在高壓系統(tǒng)，或者是大功率系統(tǒng)上，因?yàn)榇蠊β屎透邏簯?yīng)用，有散熱和隔離的問題。缺點(diǎn)就是集成度低，PCBA 的面積比較大。
MCU+[預(yù)驅(qū)+驅(qū)動(dòng)]也可以描述成 MCU+IPM，開發(fā)功率組件的國(guó)際廠商多半都有 IPM 的產(chǎn)品，讓客戶能簡(jiǎn)化電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提升穩(wěn)定性，也是早期特別成熟的驅(qū)動(dòng)方式。它的優(yōu)點(diǎn)是，集成度高、PCBA 面積較小。缺點(diǎn)是功率不能做得很大。
[MCU+預(yù)驅(qū)]+驅(qū)動(dòng)，是目前較為主流的開發(fā)方向。它的優(yōu)點(diǎn)是集成度比較高、MOSFET 可以靈活選擇、適用于各類中小功率的控制器。缺點(diǎn)是由于預(yù)驅(qū)集成在 MCU 中，預(yù)驅(qū)的驅(qū)動(dòng)能力和耐壓做不高，無法適應(yīng)大功率控制器。
SoC 方式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)性能比較高的應(yīng)用，常常用于塑封電機(jī)的設(shè)計(jì)；缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)彈性比較差，如果需要更改驅(qū)動(dòng)特性的話，就必須在 SoC 旁邊增加一顆小 MCU，這不僅會(huì)增加元器件成本，更加會(huì)增加電路板的復(fù)雜度，這違背了化繁為簡(jiǎn)的發(fā)展思想。
BLDC 電機(jī)主控廠商目前有很多，根據(jù)分類的不同，有的企業(yè)這三種主控解決方案都有，有的只提供一兩種解決方案。
比如TI基本上三種方案都有，ST 也有單 MCU 和 MCU+預(yù)驅(qū)的方式。國(guó)內(nèi)的 BLDC 主控方案主要走的還是集成的方向，比如峰岹就是主要提供 MCU+預(yù)驅(qū)的方案。
從硬件層面來看，BLDC 電機(jī)控制的發(fā)展經(jīng)歷了從小規(guī)模模擬、數(shù)字電路于分離器件的控制器，發(fā)展到專用集成控制電路的控制器，再到 MCU，DSP 等解決方案的過程。
從軟件算法層面來看，受控制理論和控制器件的限制，BLDC 電機(jī)一直采用經(jīng)典 PID 控制，該控制方法可以使系統(tǒng)性能滿足各種靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，但系統(tǒng)的魯棒性不盡人意。
面對(duì)日益復(fù)雜的控制對(duì)象，進(jìn)一步提高 BLDC 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的快速響應(yīng)性、穩(wěn)定性和魯棒性，智能控制算法受到關(guān)注，這包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)等。
智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等功能，能夠解決模型不確定性問題，非線性控制問題，以及其他較為復(fù)雜的問題。
而 BLDC 電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的控制對(duì)象，因此利用智能控制可以取得較為滿意的控制結(jié)果。目前已經(jīng)有一些較為成熟的智能控制方法應(yīng)用在了 BLDC 電機(jī)控制。
比如模糊控制和 PID 相結(jié)合的 Fuzzy-PID 控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的復(fù)合控制、隸屬度參數(shù)經(jīng)遺傳算法優(yōu)化的模糊控制、單神經(jīng)元自適應(yīng)控制等等。 |
