一個(gè)典型的 BLDC /FOC無(wú)刷電機解決方案通常包括四個(gè)部分：
01電機控制器：通常是由 MCU、DSP 等主控芯片負責，進(jìn)行電機控制與算法處理，并根據來(lái)自BLDC電機的反饋信號做出響應，為柵極驅動(dòng)提供 6 路 PWM 信號。
02柵極驅動(dòng)：也被稱(chēng)為“預驅”，會(huì )根據控制器的輸出信號，向功率器件的柵極施加電壓并提供驅動(dòng)電流。
03功率級：包含 MOSFET 或 IGBT 等功率器件，通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制輸出到 BLDC 負載上的功率，驅動(dòng)電機運動(dòng)。
04反饋回路：將 BLDC 電機的轉速、位置、電流、電壓，以及故障等信號，反饋給控制器，形成控制的閉環(huán)。
最傳統，最成熟的驅動(dòng)方案就是控制器、柵極驅動(dòng)、功率級這三部分是分開(kāi)的；也有將柵極驅動(dòng)和功率 MOSFET 集成為 IPM 的。
現在較為主流的方案是將柵極驅動(dòng)集成進(jìn)控制器中，后面再接上功率 MOSFET 或者 IGBT 來(lái)驅動(dòng) BLDC。
還有一種將這三部分都集成了，做成一個(gè) SoC，直接驅動(dòng) BLDC。
MCU+預驅+驅動(dòng)的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活，IC 選擇性高，可適應于各類(lèi)大、中、小功率的控制器。對一般的 MCU 公司也最具有優(yōu)勢，主要應用在高壓系統，或者是大功率系統上，因為大功率和高壓應用，有散熱和隔離的問(wèn)題。缺點(diǎn)就是集成度低，PCBA 的面積比較大。
MCU+[預驅+驅動(dòng)]也可以描述成 MCU+IPM，開(kāi)發(fā)功率組件的國際廠(chǎng)商多半都有 IPM 的產(chǎn)品，讓客戶(hù)能簡(jiǎn)化電路板設計的復雜度，提升穩定性，也是早期特別成熟的驅動(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+預驅]+驅動(dòng)，是目前較為主流的開(kāi)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(lèi)中小功率的控制器。缺點(diǎn)是由于預驅集成在 MCU 中，預驅的驅動(dòng)能力和耐壓做不高，無(wú)法適應大功率控制器。
SoC 方式的優(yōu)點(diǎn)是對性能比較高的應用，常常用于塑封電機的設計；缺點(diǎn)是設計彈性比較差，如果需要更改驅動(dòng)特性的話(huà)，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 )增加電路板的復雜度，這違背了化繁為簡(jiǎn)的發(fā)展思想。
BLDC 電機主控廠(chǎng)商目前有很多，根據分類(lèi)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+預驅的方式。國內的 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+預驅的方案。
從硬件層面來(lái)看，BLDC 電機控制的發(fā)展經(jīng)歷了從小規模模擬、數字電路于分離器件的控制器，發(fā)展到專(zhuān)用集成控制電路的控制器，再到 MCU，DSP 等解決方案的過(guò)程。
從軟件算法層面來(lái)看，受控制理論和控制器件的限制，BLDC 電機一直采用經(jīng)典 PID 控制，該控制方法可以使系統性能滿(mǎn)足各種靜、動(dòng)態(tài)指標要求，但系統的魯棒性不盡人意。
面對日益復雜的控制對象，進(jìn)一步提高 BLDC 電機調速系統的快速響應性、穩定性和魯棒性，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(zhuān)家系統等。
智能控制系統具有自學(xué)習、自適應、自組織等功能，能夠解決模型不確定性問(wèn)題，非線(xiàn)性控制問(wèn)題，以及其他較為復雜的問(wèn)題。
而 BLDC 電機是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性、強耦合的控制對象，因此利用智能控制可以取得較為滿(mǎn)意的控制結果。目前已經(jīng)有一些較為成熟的智能控制方法應用在了 BLDC 電機控制。
比如模糊控制和 PID 相結合的 Fuzzy-PID 控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )相結合的復合控制、隸屬度參數經(jīng)遺傳算法優(yōu)化的模糊控制、單神經(jīng)元自適應控制等等。 |
