图2显示了使用正交编码器的有传感器FOC实施所需的信号。反馈至少需要1-3个电流检测输入(取决于分流架构)到ADC和正交A/B/Z信号的3个GPIO引脚。还必须为编码器供电。
无传感器FOC
图3:无传感器FOC电机控制系统框图
图3显示了实施无传感器FOC所需的信号。根据分流架构,ADC至少需要一到三个电流检测输入来提供反馈。
电机开发套件STR-1KW-MDK-GEVK和STR-MDK-4KW-65SPM31-GEVK是两个全面的电机控制方案,它们采用大功率模块,以有传感器和无传感器FOC控制来驱动电机。
保护功能
过流保护(OCP)
对于FOC,由于低侧电流检测已用于控制,这些相同的信号也可用于OCP。然而,如前所述,低侧电流检测只能检测逆变器级和电机中的故障。可以实施额外的高侧总线电流检测电路,以防止电源下游的其他故障。
硬件、软件或两者都可实现OCP。通常,基于硬件的OCP将提供更快的响应,但基于软件的OCP更灵活。ADC的满量程电流测量范围限制了基于软件的OCP的最大触发点。硬件/软件的组合实现可用于实现锁存OCP,以快速缓解灾难性的硬故障,而基于软件的OCP可控制动态事件,如逐周期相位电流限制。过压保护(OVP)
在特定应用中,如再生制动可能导致直流母线上的电压过高,可能有必要通过二极管箝位或撬棍电路实现HW OVP。基于软件的OVP也可以通过监测直流母线来实现,并通过禁用逆变器输出来保护电机免受高于电机额定电压的潜在破坏电压。
过温保护(OTP)
监控逆变器MOSFET 和/或电路板温度对于所有控制方法通常是个好主意,尤其是当系统经受不同环境温度的影响或冷却系统发生故障时。例如,PWM占空比限制可随着温度的升高而动态降低,热监控也可帮助确定器件随时间的退化。
MOSFET 门极驱动器
逆变器MOSFET的门极驱动器的选择对于任何电机控制系统来说都是至关重要的,而且应该明确地根据系统要求进行选择。不当的门极驱动器选择可能会导致性能显著下降,甚至是灾难性的系统故障。
安森美(onsemi)有多种单相HS-LS MOSFET门极驱动器,如NCP51530和FAN73933,可用于每个逆变器相位(共3个)。但对于3相电机控制,也可选择使用专门的集成3相门极驱动器,包括FAN7388、FAN73896和FAN7888。
一般来说,三个单相门极驱动器的原始性能比集成三相方案更好,因为与每一相的耦合更紧密。然而,集成的 三相驱动器通常还实现电机控制应用中常见的辅助功能,降低了硬件的复杂性、元件数量和电路板尺寸。
另外,一些门极驱动器具有自动互补门极驱动输出和死区插入的功能,这允许单个PWM输出(所需的PWM控制器信号从6个减到3个)来控制每个逆变器相位。请注意,此功能不适合某些PWM方案。
结合基本保护技术,FOC可成为驱动电动机的最有效方法之一,也是在各种应用中提高电动机控制和精度的好方法。