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永磁無刷電機(jī)是來自位置傳感器的驅(qū)動(dòng)信號，按照一定的邏輯使某些功率開關(guān)器件在某一瞬間導(dǎo)通或截止，電樞繞組內(nèi)的電流發(fā)生跳變，從而改變了主定子的磁狀態(tài)，把電樞繞組內(nèi)的這種電流變化過程的物理現(xiàn)象稱為換相。每換相一次，磁狀態(tài)就發(fā)生一次改變，這樣在工作氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場。為了使永磁無刷電機(jī)可靠運(yùn)行，就應(yīng)該正確地進(jìn)行換相。
永磁無刷電機(jī)換相后的補(bǔ)償電流怎樣精準(zhǔn)控制，即如何精確控制PWM100%占空比的時(shí)間是超靜音控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵！這就要求控制系統(tǒng)的MCU具有以下的特點(diǎn)：
1) 有很快的A/D轉(zhuǎn)換速度，能夠在換相后連續(xù)快速采樣；
2) 能夠在PWM的開通期間特定時(shí)刻觸發(fā)A/D采樣；因?yàn)樵赑WM逆變器帶感性負(fù)載的控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的一些寄生參數(shù)導(dǎo)致PWM在開通和關(guān)斷期間電機(jī)的相線上出現(xiàn)振鈴(如圖4所示)，這些振鈴會(huì)耦合到A/D采樣的回路中，因此我們應(yīng)避開在PWM開關(guān)過程中進(jìn)行A/D采樣。如果我們在PWM開通期間的中點(diǎn)觸發(fā)電流采樣，我們將會(huì)得到電流的平均值，這將有利于我們對永磁無刷電機(jī)電流補(bǔ)償?shù)目刂啤?/span>
事實(shí)上，找到這樣的MCU并不難，譬如英飛凌的永磁無刷電機(jī)專用控制芯片XC866，CYPRESS的片上可編程控制芯片CY8C24533等。XC866的A/D轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到2us以內(nèi)，加上程序的執(zhí)行時(shí)間，一次A/D轉(zhuǎn)換需要的總時(shí)間在8us以內(nèi)，以這樣的時(shí)間間隔來判斷電流補(bǔ)償是否完成已經(jīng)足夠。CY8C24533是CYPRESS專為電機(jī)控制開發(fā)的帶高速A/D的芯片，其SAR8轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到3us以內(nèi)，加上其自動(dòng)對齊觸發(fā)A/D模式，可以在PWM的任意時(shí)刻觸發(fā)電流A/D采樣，我們也很容易實(shí)現(xiàn)對永磁無刷電機(jī)電流的精準(zhǔn)控制。
圖2b是采用XC866控制芯片的系統(tǒng)在經(jīng)過上述方法優(yōu)化后測得的換相電流波形，由圖2b可以看出，換相時(shí)的電流脈動(dòng)基本消除，永磁無刷電機(jī)的相電流基本接近方波。用了這套控制系統(tǒng)的電動(dòng)車，起步加速以及運(yùn)行時(shí)的永磁無刷電機(jī)震動(dòng)已基本消除，實(shí)現(xiàn)了超靜音控制器的設(shè)計(jì)。