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實現更具成本效益的BLDC馬達應用

上網時間: 2016年03月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:無刷直流馬達  馬達  有刷直流馬達  BLDC  PMSM 

根據不同應用和操作模式調整馬達啟動

汽車致動器使用不同驅動的概念,因而要求能輕易地因應馬達功率橋,以及如何啟動該橋。HVC 4223F以其可配置的最終輸出級、完全整合與可編程的週邊模組以及一款強大的ARM Cortex-M3核心,完美地解決了這個問題。它整合了6個 n/n半橋(包括充電泵)。透過對輸出接腳進行適當的電路連接以及配置軟體,這些半橋適用於不同的馬達類型。

「增強脈寬度調變」(EPWM-Module)針對不同操作模式和類型的馬達支援其被動和主動自由轉動(free-wheeling)的電流模式(非同步/同步整流,如表2)。整合的電流測量和D/A轉換器允許標稱電流值(例如電流控制的微步進)進行編程。在未使用感測器的PMSM/BLDC馬達中,轉子位置回饋訊號可透過比較器和整合星點參考發送,或採用霍爾感測器/編碼器實現。另外,對於步進馬達來說,還可選擇通勤模式(commuted mode)以實現更高轉速。也可以針對步進馬達進行調適或編程,以滿足不同的操作模式(全/半、波驅動、微步、通勤)。


表2:具有新型HVC的馬達類型和操作模式

在高速A/D轉換器以及電壓和電流可調測量訊號路徑的支援下,Cortex-M3 CPU可快速執行速度和電流控制演算法。輸出級包括過載保護(過壓/過電流)和診斷功能。用於啟動馬達的整合週邊模組(EPWM、比較器、星點參考、D/A轉換器、診斷和過壓/過流保護、溫度監控)可針對表中列出的操作模式進行編程設計。

內建Cortex-M3 CPU的高效系統

藉由軟體途徑,CPU和快閃記憶體可實現極高的系統靈活性,例如,支援對轉速和電流控制的即時要求、實現分佈式致動器系統(例如LIN叢集)的通訊和診斷功能。由於目前已經整合主振盪器,可對CPU實施降頻以降低功耗而不影響周邊設備功能。為減少電磁輻射,還包括一個降低EMI的模組(ERM)。透過AHB/APB匯流排系統,可為所有的週邊模組進行編程,同時因應系統的要求。可將診斷和應用資料儲存在整合的NVRAM中。

針對電源部份,HVC系列產品由12V車載電氣系統直接供電,並符合ISO 7337測試脈衝規範。汽車的啟停(start-stop)系統由特殊的「保留模式」(retention mode)支援。相較於傳統的線性穩壓器,整合型開關穩壓器(降壓轉換器)可降低至最低功耗。節能模式支援低功耗,如Kl.30應用。外部負載(如霍爾感測器)則可由編程的高側開關供電。

對於分佈式小型驅動系統(例如暖通空調系統)的通訊來說,HVC中整合了LIN-UART和LIN實體層。此外,它還有另一個帶自動定址功能的LIN接腳用於LIN叢集,例如用於HVAC的應用。上述的系統整合和網路能力是小型和微型馬達更進一步實現小型化和整合化道路的重要一步。

所用的驅動電路對於驅動系統的可靠性具有決定性影響。新的HVC架構包括廣泛的診斷和保護功能,其SPFM大於60%(支持ASIL)。這對在系統級按照ISO 26262進行分解至關重要,同時可分配安全和防護功能至單獨和獨立的系統元件,而且還可在系統、硬體和軟體層級實施。

較高的系統整合度對於所要求的系統失效時間(FIT)率具有正面的影響,這是因為元件數量減少了。而彈性化診斷的一個最佳例子是透過軟體實現「熱管理」。


圖1:BLDC馬達內的電子整合

透過評估電流和溫度,可採取一些措施來因應操作規範。例如CPU降頻、限制馬達電流、在馬達橋採用自由轉動的電流模式等。

(下一頁繼續:搭載BLDC馬達的定位致動器應用範例)


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