Motor Control Electronic Systems
电机驱动/控制方案
马达驱动器涵盖广泛应用,各应用都有不同功率要求,以及需要满足的特性,例如速度、传动、扭矩控制,位置或速度调整是控制系统必须管理的一些要求。为了因应市场的这些应用要求,开发者面临着越来越大压力,需要进一步提高设计效率,以便能够在竞争激烈市场中脱颖而出,例如,可以透过降低总能耗和最佳化热管理来实现高设计效率。马达主要功能是开关,需要在极其正确的时间透过马达绕组施加电流。开关是由微控制器或数位讯号处理器(DSP)上的演算法进行控制,马达控制演算法通常非常复杂,因为它们必须在不同发动机负载条件下做出正确开关决策。


直流无刷(BLDC)与伺服马达
结构简单耐用的直流无刷(BLDC)马达可广泛应用于自动化技术领域,无需电刷和整流子的电动机,根据转子永久磁铁位置调整定子电流以产生转矩,另一方面,伺服马达是一个机电系统,配备有机械元件和用于驱动的反馈电子装置,它需要一个适当控制系统来执行特定操作。
高可靠性:
为了保护马达驱动IC不受异常电压和电流的影响,马达驱动器需要具备充分的保护功能,如防止因电源电压降低而引起误动作的功能等。另外还要求搭载在马达启动时或强制停止和堵转时,控制马达电流的电流限制功能,以及将故障状态输出到外部主机处理器的功能,以确保安全性。
低功耗、高效率:
为了降低马达的功耗,需要低功耗的功率元件和驱动技术。例如透过使用自动进角调整功能等,可在从低速旋转到高速旋转的大范围转速区间内,获得非常高的效率。
静音、低振动:
对于马达工作时的杂讯和振动而言,驱动波形的最佳化非常重要。这就需要根据各领域的用途,选择最适合各种马达激磁驱动技术。比如无刷直流马达驱动器的最佳激磁模式(120度、150度、正弦波)、风扇马达驱动器的缓启动技术、步进马达驱动器的电流衰减方式等。
控制、便利性:
透过FLL(速度控制)和PLL(相位控制)实现的马达数位旋转控制技术,以及致动器要求的高精度定位控制技术等高效驱动控制演算法,透过将已进行硬体逻辑处理的控制演算法应用在驱动IC上等,实现设计人员可轻松利用的高效驱动控制演算法。另外,驱动IC间的相容性可提高便利性。当在研发过程中规格发生变化时,可在不更改马达驱动控制电路板模式的情况下进行替换。
马达驱动控制系统
马达驱动控制系统的发展,大致上可简单归纳为纯量控制法 (Scalar Control) 与向量控制法 (Vector Control) 兩种。
传统的永磁同步马达控制法主要为纯量控制法,而纯量控制即为电压频率控制法(V/F Control),也称为变压变频控制 (Variable Voltage Variable Frequency Control, VVVF) ,其基本原理乃是变频控制,根据转速命令调整输出频率,为保持马达磁通一定量获得最高运转效率,也必需同时调整输出电压大小,此控制方法虽然可以达到转速与转矩控制之目的,但有启动转矩小、响应速度慢、精确度差、容易受负载所影响等问题的产生。
向量控制法则包含了磁场导向控制法(Field Orient Control, FOC),解决了传统纯量控制法的缺点,使得交流马达伺服系统得以摆脱传统的电压频率(V/F)控制,而能采用更精确,更具效能的向量控制法则,可以使得交变电流的马达等效如直流马达控制方式,因此获得如同直流马达一般简易的操控概念,且由于电力电子技术以及积体电路的蓬勃发展,致使马达伺服系统整体的性能不断地提升。
多年来威力旸专注于马达驱动控制器开发,同时也专注于应用方案开发,提供数个不同应用的软硬体参考设计,可加速客户的设计开发周期,短时间即可完成开发将产品上市,现阶段关于电机驱动/控制的开发提供服务如下:
马达驱动系统设计:
使用Top-down设计模式,配合电脑模拟工具最佳化马达、电力电子电路与驱动软体的马达驱动系统。为客户设计最先进的马达控制演算法,根据客户需求和应用,挑选最适合的高效率、低成本单相/三相无刷马达驱动器设计方案。
电力电子系统设计最佳化:
试误法(trial-and-error)仍然为许多制造商所采行的方法,而威力旸提供了Top-down设计方法,可为客户现有产品作建模与整体系统分析服务,可协助客户使用系统性的方法设计电路系统拥有极高的可靠度与能效表现。
机电整合系统设计:
典型的机电整合系统,如泵(PUMP),不管是油泵、气泵还是水泵,皆为马达结合流体机械的复合体,威力旸使用理论工具与电脑模拟软体为泵作整体的设计,并配合试作测试,可为泵产品作成本、性能、效能最佳化设计。
演算法设计:
威力旸提供马达控制演算法设计服务,如六步方波、弦波、向量控制驱动演算,驱动设计如永磁马达速度估测技术(PM Sensorless)或是磁阻马达速度控制演算法设计,或是为客户最佳化现有之控制演算法。