空調電控全面走向變頻時代 TI引領高效電機控制芯片技術

　　以低成本實現永磁同步電機的本質安全性驅動

　　以感應電機為基礎，譚博士接著分析了永磁同步電機(包括表貼式和內嵌式)的工作原理，并總結這類高效電機的優點和對電控帶來的挑戰。永磁同步電機轉子上因有兩個永磁體，相比感應電機，直接帶來了效率的提升(不需要勵磁)。在控制方面(如圖2)，也是正弦電機模式，在定子側產生一個旋轉磁場，單相電流可以到這個旋轉磁場，這個磁場與永磁場相互作用，這樣就可以產生相關的轉矩，其控制模式和策略與感應電機基本是一樣的?！　?/p>

圖2：永磁同步電機控制策略。

　　事實上，永磁同步電機與直流無刷電機(BLDC)在業界一度有點混淆。直流無刷電機理想是方波，但是實際上理想的方波情況非常少。而表貼式永磁同步電機(SPM)最開始希望是一個正弦感應電機，它的所有控制量是正弦電壓電流，但其實波形也不是那么理想。因此，在表貼式永磁同步電機方面，方波跟正弦電機應用到這個層面的時候開始模糊，有一段時間在業界產生了一些混淆。“這個結果對控制來講，其實你發現很多做正弦控制的算法可以用到永磁電機上，在實現上面不是那么難。也是因為這個原因，正弦電機的控制策略跟方波電機的控制策略開始混合起來。”譚博士說。

　　對于內嵌式永磁同步電機(IPM)，“據我所知，現在很多空調壓縮機其實采用內嵌的結構形式，它其實覆蓋了磁阻效應。大家在講壓縮機要進入到弱磁控制區，其實我更偏向于認為它進入到磁阻和永磁轉矩的優化工作區。”譚博士認為。

　　他分析道，永磁同步電機在消費類領域的應用不能像工業一樣去進行電流采樣。以圖3 所示TI的解決方案為例，上面是功率系統部分，下面是控制系統。工業應用中把ABC三相電流列為常規采樣，但是在低成本的方案中要么在直流母線采樣重構三相電流信號，要么通過逆變器下橋臂的電流采樣重構三相電流信號。這兩種的低成本方案部分，不管通過母線的方式，還是通過逆變器下調的方式，其常規的驅動控制模式，以及電流的采樣，控制以及保護其實是不完整的。這個不完整是針對兩部分來講的，一部分是對逆變器來講，就是說沒有把逆變器所有電流的工作狀態采回來，沒有采回來的結果是對它的控制不是全控，另一部分是對電機的相電流，信息是不完整的，在某些點上面可能采不到。

　　“結合電流采樣的低成本考慮，我們需要一些基本的控制模式，使得驅動系統和控制策略是本質安全性(Essential Reliable Drive)，全部是可控的。這方面涉及到相應的拓撲結構、控制策略的變化，值得業界關注。 據我所知，一些研究機構已經有非常好的突破成果出來，也許在不遠的將來大家可以看到，這些成果對我們產生相關的影響。”譚博士指出?！　?/p>

圖3：TI的永磁電機控制方案以低成本實現本質安全性驅動(Essential Reliable Drive)。