你被家里的許多電器所引起的噪音分心了嗎？TI最新推出的無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用梯形和磁場定向控制，可使電器噪音減少3.3 dBA。
無刷直流電機(jī)（BLDC）取代交流感應(yīng)電機(jī)，在通用電器中的應(yīng)用越來越普遍，包括風(fēng)扇、空氣凈化器、洗衣機(jī)和烘干機(jī)泵以及醫(yī)用CPAP鼓風(fēng)機(jī)。
然而，無刷直流電機(jī)的調(diào)制也會(huì)產(chǎn)生噪聲，尤其是開放式概念越來越在辦公室和家庭環(huán)境中流行。
為了解決這些噪聲相關(guān)問題，德州儀器（TI）日前宣布推出兩款新的70 W無傳感器無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，MCT8316A和MCF8316A。這些驅(qū)動(dòng)器具有高度集成和無代碼等特點(diǎn)，分別使用先進(jìn)的梯形控制和磁場定向控制（FOC）。
電器常見噪聲級(jí)的幾個(gè)示例。
這些新芯片的目標(biāo)包括三個(gè)方面：減少日常應(yīng)用中的聲音噪聲源，將解決方案尺寸縮小70%，減少BLDC調(diào)諧的總體設(shè)計(jì)時(shí)間（可能減少到10分鐘）。
讓我們看看TI的最新產(chǎn)品是如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo)的。
MCx8316A芯片概述
MCT8316A和MCF8316A支持包括4.5 V至35 V的工作范圍，峰值輸出高達(dá)8A。這些芯片設(shè)計(jì)用于需要12 V至24 V無刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)的速度控制。
MCX836A芯片概述。
MCX836A系列驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)重要特點(diǎn)是降低了噪聲。具體而言，MCT8316A支持120°和150°調(diào)制，通過梯形控制方案改善聲學(xué)性能。
MCF8316A采用FOC方案，利用自動(dòng)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償來減少饋送至電機(jī)的諧波含量，從而降低可聽范圍內(nèi)的噪聲。
一個(gè)系列，兩個(gè)芯片，兩種控制方案，因此可以靈活實(shí)現(xiàn)兩種流行的控制
無刷直流電機(jī)中的梯形控制與FOC控制方式介紹
無刷直流電機(jī)一般有兩種類型，包括霍爾效應(yīng)傳感器驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和無傳感器結(jié)構(gòu)。雖然更復(fù)雜，但無傳感器架構(gòu)是更優(yōu)選的選擇。對(duì)于無傳感器操作，出現(xiàn)了兩種控制方案。
梯形控制方案的時(shí)序圖。
梯形控制的工作原理是，在任何給定時(shí)間都有兩個(gè)相位。因此，如上所示，在任何相位的過零期間都不會(huì)產(chǎn)生扭矩。
該方案會(huì)導(dǎo)致在每60°零相位交叉處產(chǎn)生紋波，從而產(chǎn)生諧波。在120°模式下，BLDC驅(qū)動(dòng)器將在每個(gè)循環(huán)的剩余60°使用高Z狀態(tài)。
而FOC在反饋控制的轉(zhuǎn)換中的復(fù)雜性更高。
三相逆變器的輸出產(chǎn)生正弦信號(hào)，該信號(hào)通過克拉克變換和派克變換進(jìn)行采樣和饋送。
現(xiàn)場定向控制FOC的基本框圖。
這兩種變換均為通過將定子電流矢量從三相時(shí)變系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為兩坐標(biāo)時(shí)不變系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制。
MCX836A芯片如何降低噪聲
用于控制無刷直流電機(jī)的兩種控制方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。每種方法都會(huì)產(chǎn)生諧波，從而產(chǎn)生噪聲。
兩種無傳感器無刷直流控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。
調(diào)制和死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償對(duì)于降低電機(jī)運(yùn)動(dòng)噪聲至關(guān)重要。MCF8316A使用諧振控制器補(bǔ)償高壓側(cè)和低壓側(cè)開關(guān)MOSFET之間的死區(qū)時(shí)間，以將諧波含量降至零。
在MCF8316A內(nèi)部啟用死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償可消除可聽諧波（左），從而產(chǎn)生更純凈的正弦信號(hào)（右）。
對(duì)正弦輸出和隨后的快速傅里葉變換（FFT）的影響如上所示。
類似地，梯形控制方案（如MCT8316A）的FFT響應(yīng)通過利用芯片的可變換向方案在120°和150°之間通過“開窗”電機(jī)相位處于高Z模式的時(shí)間量進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換而得到改善。
總而言之，這種降噪解決方案似乎在許多應(yīng)用中都很有前景，尤其是在消費(fèi)品方面。
寫在最后
雖然很多員工已經(jīng)有一段時(shí)間沒有在辦公室辦公了，但我們很容易回憶起環(huán)境噪音是如何分散注意力的。也許，即使在家工作，冰箱的噪音同樣會(huì)干擾你的工作。
梯形和FOC方法的控制方案的進(jìn)步致力于清除驅(qū)動(dòng)無刷直流電機(jī)的信號(hào)的波動(dòng)，從而產(chǎn)生更安靜的運(yùn)行環(huán)境。
MCX836A系列提供的高級(jí)集成將解決方案減少到10個(gè)組件，面積僅為2 cm²，而采用分立方案，將使用28個(gè)組件，面積為7 cm²。 |
