釋放三相電機的創新潛能，了解下Qorvo的磁場定向控制方案

無刷直流（BLDC）電機和永磁同步電機（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機帶來更高的效率和更長的壽命，因而在許多應用中越來越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機利用電子產生的旋轉磁場，并通過外部電路來調節相電壓及電流來實現。

超越傳統有刷電機

無刷直流（BLDC）電機和永磁同步電機（PMSM）擺脫了電刷及換向器，相比有刷電機帶來更高的效率和更長的壽命，因而在許多應用中越來越受到歡迎。為消除電刷和換向器，這些電機利用電子產生的旋轉磁場，并通過外部電路來調節相電壓及電流來實現。

此類電路固然增加了一些復雜性，但與傳統有刷電機相比，BLDC和PMSM具備很大優勢——對比以相同速度運行的有刷電機，其電子換向方案可將能效提升20%至30%，而且更耐用、更小、更輕、更安靜。

磁場定向控制（FOC）是一種用于PMSM的控制技術，在最大限度減少轉矩紋波和擴大速度工作范圍方面性能優越。目前，這一技術正變得越來越流行，并開始出現在成本更高、性能更強的電動工具和白色家電中。在微控制器（MCU）上進行嵌入式編程是實現FOC相關特性和功能的常見選擇，同時還能在優化整體解決方案的同時滿足每個應用的要求。

本篇博文概述了Qorvo設計峰會相關網絡研討會的內容。該研討會探討了基于FOC的BLDC/PMSM電機設計，包括如何對微控制器芯片編程以訪問并管理電機運行的示例，請點擊閱讀原文查看。

磁場定向控制的基本原理

在任何有關無刷電機的討論中，都會經常出現正弦波、梯形波和磁場定向控制等術語。理解這些術語是掌握基本概念的第一步。設計峰會的相關視頻對此進行了概述，并在本章節中做簡要總結。在使用電池或其它直流電源的典型電機驅動系統中，功率級提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機的電流驅動可基于六步梯形控制或磁場定向控制。

在任何有關無刷電機的討論中，都會經常出現正弦波、梯形波和磁場定向控制等術語。理解這些術語是掌握基本概念的第一步。設計峰會的相關視頻對此進行了概述，并在本章節中做簡要總結。在使用電池或其它直流電源的典型電機驅動系統中，功率級提供三相交流電。如圖1所示，BLDC或PMSM電機的電流驅動可基于六步梯形控制或磁場定向控制。

圖1：梯形控制和FOC的區別

在采用梯形控制的設計中，電流僅在兩個相位中傳導；在浮動相位時，則會獲取傳感器讀數。此時，可監測反向電動勢（BEMF）的值以推斷轉子位置。雖然BLDC電機設計通常具有較高的轉矩紋波，但這種方法更簡單，實施成本也更低。

PMSM電機的FOC實現在三個相位中的每一個相位均導通電流；每個相位的電流、電壓和功率，與其它相位的電流、電壓和功率偏移120度。這種方式最大限度地減少了轉矩紋波；電機角度也連續更新。此類正弦波控制主要用于PMSM電機，需要更復雜的電子監測控制電路。交流電機的控制基本上等同于使用FOC控制直流電機。

如圖2所示，轉矩由電流控制環路監測和控制。來自三相逆變器的反饋信息被饋送至電流感應電路，并中繼到控制回路，以保持精確的扭矩水平。電機位置模塊對電壓和電流值進行采樣，通過一系列變換操作提供電機的角度和速度水平。

圖2：基于FOC實現的基本組件

其他要點

前文對FOC基本原理的概述，為您展現了一個堅實的框架模型，以便更好地理解固件如何用于個別功能的配置。相關設計峰會視頻對典型流程進行了更詳細的解釋，涵蓋以下內容：

Qorvo的FOC解決方案與可用IP列表，以及對部分功能的深入介紹

如何運行電機的分步說明，包括：

    1)硬件設置

    2)固件準備

    3)電機參數識別——自動調諧

    4)通過GUI或調諧后的電機參數文件(.xml)操作電機

    5)調試工具及更多信息

電機控制技術的巨大進步，為充分利用BLDC/PMSM電機的效率、功率處理和可管理性并進行創新產品設計提供了大量機會。