无传感器BLDC控制与应用技巧

无传感器BLDC控制与应用技巧2014英飞凌XMC微控制器巡回研讨会内容Page22013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.无感BLDC控制原理分析基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现无感BLDC启动原理及实现总结内容Page32013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.无感BLDC控制原理分析基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现无感BLDC快速启动原理及实现总结带位置传感器的BLDC控制系统Page42013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.微控制器HallAHallBHallC位置母线电压母线电流速度给定PWM输出BLDC换相的HALL信号Page52013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.Whysensorless?Page62013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.HALL的安装条件受到限制Hall影响可靠性安装精度有要求成本高（线材，接插件，元件等）SENSORLESS模式通过反电势获得换相信息，摆脱对HALL的依赖使用Hall面临的问题HALL信号和电机相反电势的关系Page72013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.有传感器BLDC控制波形2014/7/14霍尔3ABC霍尔1霍尔230°相反电动势过零点延迟30度对应霍尔信号边沿有效地检测反电势过零点可以实现无感换相反电势来源Page82013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.FreewheelcurrentZerocrossingpointCommutation30°在电机的非导通相可以检测到反电势无感BLDC反电势检测方式Page92013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.1）通过AD检测实现2）通过比较器实现能准确的获得三相电动势的信息，精准的实现换相。在高速依靠比较器的快速性，实现电机准确换相。内容Page102013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.无感BLDC控制原理分析基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现无感BLDC启动原理及实现总结ADC处理Page112013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.OnOnMosfetMosfetTriggerA/DTriggerA/DPeriodmatchComparematchADC可以在PWM任意时刻硬件触发，一般选在PWM_ON中点或末端换相带来的电感尖峰需要回避XMC1300ADC支持LIMITCHECKINGXMC1300ADClimitchecking功能带来处理便利转换结果落到指定区间内自动触发中断请求门限可以自由设定过零参考点调整d=28%,risingfallingd=100%ADC方式可以调整过零参考点改善上升沿下降沿反电势对称受限于ADC的处理速度，不适合高速应用基于比较器方式的XMC1300无感BLDC控制系统Page142013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.内置三个高速比较器，无须输入信号切换POSIF单元处理比较器信号，实现硬件换相CCU4配合POSIF实现滤除开关毛刺和续流尖峰处理、换相延时。XMC1300内置比较器Page152013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.每个比较器可独立配置输入滤波、滞环电压、输出极性延迟时间30nS（ΔVcmp=100mV时）比较结果可输出到IO、产生中断或者接到ERU产生信号三个比较器的正输入端可以软件配置成共用一个端口，接入虚拟中心点XMC1301内置比较器输入信号Page162013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.U相反电动势与中心点电压波形中心点电位Vn等于(Uu+Uv+Uw)/3POSIF部分Page172013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.POSIF单元（无Hall模式）Page182013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.Hall模式内建输入滤波器排除噪声影响，也可以延迟采样规避干扰支持多通道模式操控PWM输出，且能与PWM同步正确采样事件硬件触发CCU4作速度检测比较器输出信号通过ERU连接到POSIF信号输入端，取代HALL端电压需要回避干扰电机端电压信号必须处理掉不希望的干扰，但注意不能采用滤波手段，以免带来相移。Page192013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电感尖峰和PWM开关噪声需屏蔽处理未经屏蔽处理的比较器输出信号Page202013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.未经屏蔽处理的比较器输出信号包含PWM开关和电感续流尖峰带来的杂波有效边沿1有效边沿2POSIF采样经过屏蔽处理的比较器输出信号由于PWM的作用，比较器输出高频开关信号，必须按照PWM同步屏蔽，才能检出有效信号。执行换相后，电感续流尖峰会带来错误的比较输出，须加以屏蔽。监测窗口的宽度正比于PWM占空比，随之增大而增大Page212013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.利用POSIF与CCU4消除换向尖峰毛刺与PWM开关信号ExternalGatingbyCC83/43STExternalModulationbyCC42STPOSIF.OUT0(边沿有变化)POSIF采样由CC40的ST信号确认屏蔽作用通过影响CC40ST实现CCC40的外部事件描述Event0---外部启动，ST信号确认采样Event1---外部门控，执行PWM同步屏蔽Event2---外部调制，执行换相后屏蔽Page222013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.触发POSIF采样利用POSIF+CCU4实现换相点判定Page232013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.POSIF采样信号由CCU40ST信号确定，通过CCU40ST可以屏蔽掉无效输入同步整流的实现Page242013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.非同步整流PWM输出波形续流过程中电流经过二极管，能量消耗在二级管上同步整流的实现Page252013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.同步整流PWM输出波形同步整流时，续流通过MOSFET导通电阻，热量消耗在导通电阻上。非同步整流的实验波形Page262013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.非同步整流：端电压频率735HZ电源输入12V，电流4.64A。同步整流的实验波形Page272013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.同步整流：端电压频率735HZ电源输入12V，电流4.36A，相比较非同步整流效率提高了6%内容Page282013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.无感BLDC控制原理分析基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现无感BLDC快速启动原理及实现总结启动启动初始,电机没速度和BEMF，必须把电机加速到一定程度才能得到连续可靠地BEMF换相信息。启动过程确定电机初始位置开环运行切入闭环初始转子位置通过检测通电时电流大小的不同来判定.每一相都正反通电,电感量的不同反映在检测到的电流上初始位置检测phaseAphaseBphaseCVDCBCBBBAVectorsumoffieldsBA,BB,BCVectorsumoffieldsBBandBCphaseAenergizedinforwarddirection不同位置的电流峰值两两通电的六种组合状态可以将转子位置判定到60度区间CurrentSensorOutputwithBiasRotorPositionwithin60°phaseAphaseBphaseCTimeCurrent(A)0无感BLDC启动过程Page322013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.在零速时，依据反电动势过零换向信号还未稳定。可采用6步+母线电流变化率信号进行换向edtdiLiRudc*当某两相导通时，若电机此时还未转动，此时电机相当于电阻与电感的串联，那么母线电流的最大值保持不变。施加的6步电压让电机转动，则此时母线上的电流发生变化。根据母线电流变化，进行换向操作。同步检测反电势产生的换相信号，待其连续稳定时切入无感BLDC启动分析Page332013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.实验条件:母线电压：12V绿色：母线电流黄色：CC42输出波形（正确霍尔事件后延30度。）紫色：电流换向信号实验波形Page342013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机启动波形，由波形可知，电机启动时间短。电流采样Page352013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.3PhasePMSMPowerMOSFETADCChannel每个通道的采样单元内置模拟放大，倍率1,3,6,12可选，成本敏感用户可以用于无运放直读ADC初始位置判定和快速启动需要母线电流信息内容Page362013-07Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.无感BLDC控制原理分析基于XMC1300无感BLDC控制系统的实现无感BLDC启动原理及实现总结XMC1300实现高速无感BLDC总结内置三个高速比较器，无须输入信号切换POSIF单元处理比较器信号，实现硬件换相CCU4配合POSIF实现开关毛刺和续流尖峰处理、换相延时互