释放三相电机的创新潜能，了解下Qorvo的磁场定向控制（FOC）方案
最新更新时间：2023-09-08
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无刷直流（BLDC）电机和永磁同步电机（PMSM）摆脱了电刷及换向器，相比有刷电机带来更高的效率和更长的寿命，因而在许多应用中越来越受到欢迎。为消除电刷和换向器，这些电机利用电子产生的旋转磁场，并通过外部电路来调节相电压及电流来实现。
此类电路固然增加了一些复杂性，但与
传统有刷电机相比，BLDC和PMSM具备很大优势——对比以相同速度运行的有刷电机，其电子换向方案可将能效提升20%至30%，而且更耐用、更小、更轻、更安静。
磁场定向控制（FOC）是一种用于PMSM的控制技术，在最大限度减少转矩纹波和扩大速度工作范围方面性能优越。目前，这一技术正变得越来越流行，并开始出现在成本更高、性能更强的电动工具和白色家电中。在微控制器（MCU）上进行嵌入式编程是实现FOC相关特性和功能的常见选择，同时还能在优化整体解决方案的同时满足每个应用的要求。
本篇博文概述了Qorvo设计峰会相关网络研讨会的内容。该研讨会探讨了基于FOC的BLDC/PMSM电机设计，包括如何对微控制器芯片编程以访问并管理电机运行的示例，请点击
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磁场定向控制的基本原理
在任何有关无刷电机的讨论中，都会经常出现正弦波、梯形波和磁场定向控制等术语。理解这些术语是掌握基本概念的第一步。设计峰会的相关视频对此进行了概述，并在本章节中做简要总结。在使用电池或其它直流电源的典型电机驱动系统中，功率级提供三相交流电。如图1所示，
BLDC或PMSM电机的电流驱动可基于六步梯形控制或磁场定向控制。
在任何有关无刷电机的讨论中，都会经常出现正弦波、梯形波和磁场定向控制等术语。理解这些术语是掌握基本概念的第一步。设计峰会的相关视频对此进行了概述，并在本章节中做简要总结。在使用电池或其它直流电源的典型电机驱动系统中，功率级提供三相交流电。如图1所示，BLDC或PMSM电机的电流驱动可基于六步梯形控制或磁场定向控制。
图1：梯形控制和FOC的区别
在采用梯形控制的设计中，电流仅在两个相位中传导；在浮动相位时，则会获取传感器读数。此时，可监测反向电动势（BEMF）的值以推断转子位置。虽然BLDC电机设计通常具有较高的转矩纹波，但这种方法更简单，实施成本也更低。
PMSM电机的FOC实现在三个相位中的每一个相位均导通电流；每个相位的电流、电压和功率，与其它相位的电流、电压和功率偏移120度
。这种方式最大限度地减少了转矩纹波；电机角度也连续更新。此类正弦波控制主要用于PMSM电机，需要更复杂的电子监测控制电路。交流电机的控制基本上等同于使用FOC控制直流电机。
如图2所示，转矩由电流控制环路监测和控制。来自三相逆变器的反馈信息被馈送至电流感应电路，并中继到控制回路，以保持精确的扭矩水平。电机位置模块对电压和电流值进行采样，通过一系列变换操作提供电机的角度和速度水平。
图2：基于FOC实现的基本组件
其他要点
前文对FOC基本原理的概述，为您展现了一个坚实的框架模型，以便更好地理解固件如何用于个别功能的配置。相关设计峰会视频对典型流程进行了更详细的解释，涵盖以下内容：
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Qorvo 的 FOC 解决方案 与 可用 IP 列表，以及对部分功能的深入介绍
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如何运行电机的分步说明，包括：
1)硬件设置
2)固件准备
3)电机参数识别——自动调谐
4)通过GUI或调谐后的电机参数文件(.xml)操作电机
5)调试工具及更多信息
电机控制技术的巨大进步，为充分利用BLDC/PMSM电机的效率、功率处理和可管理性并进行创新产品设计提供了大量机会。
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