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無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案

發布時間:2025-04-05 來源:我愛方案網 責任編輯:lina

【導讀】BLDC電機控制中,算法發揮著至關重要的作用,其優劣直接影響電機的控制性能。算法自身隨著技術的發展不斷進行迭代更新,從方波控制向有感SVPWM、FOC方向發展,伴隨控制性能不斷提升,算法復雜度也隨之提升,對控制芯片的計算量和計算速度的要求也越來越高。


BLDC電機控制中,算法發揮著至關重要的作用,其優劣直接影響電機的控制性能。算法自身隨著技術的發展不斷進行迭代更新,從方波控制向有感SVPWM、FOC方向發展,伴隨控制性能不斷提升,算法復雜度也隨之提升,對控制芯片的計算量和計算速度的要求也越來越高。


各種控制算法均有各自的優缺點,具體的選擇需要依據最終應用領域而定,無感FOC控制算法最為先進,能夠最大程度上實現高效率、低振動、低噪音以及高響應速度等控制目標,因此逐漸成為主流趨勢。


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案

(FOC框圖)


BLDC電機控制性能在FOC控制技術問世后才得到了質的飛躍。FOC控制提倡的是勵磁電流與轉矩電流的解耦控制,從而使磁場控制與轉矩控制得到兼顧,克服了交流電動機自身耦合的不足。


FOC控制下的電機換向性能極其優秀,在最高轉速下正反轉切換可以做到十分順暢,同時FOC可以進行電流(力矩)、速度、位置三個閉環控制。通過Clock調速和PWM調速,FOC控制下的BLDC震動更低,噪音更小,響應速度更快。


在無傳感器FOC算法中,由于集成了先進控制技術,因此可以顯著加快電機調諧,例如,通過自行測量電機參數或自動執行控制環路的調諧等方式加快速度。


我愛方案網分析師推薦三款采用無感FOC控制算法的電機變頻控制方案,能夠最大程度上實現高效率、低振動、低噪音以及高響應速度等控制目標。


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無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


1.高速電機方案


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


方案可選用HC32M140、HC32M120、HC32F460作為主控,采用無感FOC控制系統,支持單電阻、雙電阻采樣,可工作在恒轉速、恒功率、恒扭矩等模式下。系統最高轉速可達12萬轉(當使用HC32F460時更可高達15萬轉),適用于高速吹風機、高速吸塵器等產品。


方案特點
快速啟動:啟動穩定可靠,可在500ms內加速至額定轉速
快速停機:采用主動剎車,無過壓、過流風險,支持掉電剎車
高速控制:最高電轉速可達2000+Hz
工作電壓范圍大:適用220VAC、110VAC、24VDC供電

豐富的保護功能:過欠壓、過流、過功率、堵轉、缺相等系統保護

應用場景:

吹風機、掃地機、吸塵器、冰箱、空調、洗衣機等大小家電領域。


2.電動工具方案


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


方案以HC32M140為主控芯片,基于無傳感器六步換相控制算法,實現BLDC電機大扭矩啟動和高速運行,保護功能齊全,適用于電鉆、角磨機、沖擊鉆、電動扳手、電錘等低壓中小功率電動工具應用場景。


方案特點
48MHz主頻、8KB RAM/128KB Flash內存資源、2個獨立OPA、高速ADC、電機專用TIMER
基礎功能:反電動勢過零檢測算法(支持ADC和比較器)、電流/電壓采樣
復雜工況:靜止堵轉啟動、低速大扭矩運行、順逆風啟動、剎車功能
系統保護:過流保護、過壓/欠壓保護、長時間堵轉保護

支持多種轉速設定信號(PWM、ADC等)


3.高速吹風筒方案


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


方案簡介:

高速吹風筒方案采用小華超低功耗HC32M120主控MCU,內置先進的無位置傳感器FOC控制策略,實現連續平穩的風機調速系統,具備順風、逆風、靜止狀態下無抖動即時啟動功能,30cm距離測量運行噪音75db以下,為行業中上水平;啟動穩定性好,一次啟動成功率可達99.7%以上;運行效率高,220V機種,10.5萬RPM最高風速檔位運行,PCBA級實測輸入功率92W,優于市場主流方案。


方案特點:
快速啟動:啟動穩定可靠,可在500ms內加速至額定轉速
快速停機:采用主動剎車,無過壓、過流風險,支持掉電剎車
高速控制:最高電轉速可達2000+Hz
工作電壓范圍大:適用220VAC、110VAC、24VDC供電
豐富的保護功能:過欠壓、過流、過功率、堵轉、缺相等系統保護
應用場景:

吹風機、掃地機、吸塵器、冰箱、空調、洗衣機等大小家電領域。


4.電動自行車


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


方案簡介:電動自行車電驅控制板方案以HC32M120為主控芯片,同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外圍電路構成。主要功能:EBS、能量回饋、HDC、霍爾修復、相序自識別、一線通、三速、GB_25KM、1:1電動助力等。


方案特點:
48MHz主頻、2個獨立OPA、高速ADC、電機專用TIMER、溫度范圍:-40℃~105℃
豐富的基礎函數庫、SVPWM系統、電機專用控制庫模塊
FOC控制系統優勢(正弦電流、轉矩平穩、低噪音)
平地/坡道/溜坡/滑行/帶載啟動優勢(啟動轉矩大、重載啟動高可靠)
客制化控制流程優勢(豐富的模塊化電機庫)

完善的系統保護功能(過流、過壓、欠壓、堵轉、飛車、短路等保護)


5.洗衣機變頻控制方案


方案以HC32F460為主控芯片,單芯片實現洗滌電機與烘干風機的雙電機變頻控制;采用無感FOC控制算法,運行噪音低,電流諧波小;支持多種采樣方式,內置放大器和比較器,節省BOM成本;完善的系統保護功能:過壓、欠壓、過流、堵轉、缺相等;支持異常情況下的緊急停機功能。


無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


方案特點:
1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4內核MCU HC32F460
2.支持FPU,大幅度提升算力
3.高效Cache,保證CPU零等待執行性能
4.多功能PWM Timer,支持多個電機控制
5.12位2Msps高精度ADC單元,靈活支持多種采樣方式
6.內置PGA、CMP
7.EMB可獨立控制每個通道
8.系列豐富,封裝從48Pin到100Pin,適應不同設計需求

應用領域:冰箱、空調、洗衣機、變頻控制板

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無感FOC算法驅動的BLDC電機的優勢解析與實戰應用方案


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