三相永磁同步電機無傳感器矢量控制方案
2020-11-25 電子產品世界1. 引言
永磁同步電機具有結構簡單、體積小、功率密度高、效率高和功率因數高等優點，在各種高性能驅動
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329415.htm系統中得到廣泛的應用。在PMSM高性能控制中，一般需要在轉子軸上安裝機械傳感器，以測量電動機的轉子速度和位置。而對於那些對成本控制較嚴，不適合使用機械傳感器的應用領域中，無傳感器控制策略成為研究的熱點。Fortior針對PMSM的無傳感器矢量控制推出了高性能的控制器FT3066，以滿足不同應用領域的需求。
2. 基於FT3066的SPMSM(Surface PMSM)矢量控制結構及特點
FT3066是高性能PMSM矢量控制專用晶片。圖1展示了基於FT3066平臺實現的表貼式永磁同步電機
最大轉矩/電流控制比控制策略。
圖1 表貼式PMSM最大轉矩/電流比控制
控制器特點描述如下：
l 無傳感器估算算法獲得精確的轉子位置和速度信息。
l 可靠的啟動及角度的軟切換處理。
l 轉速的無級調速，優良的閉環速度控制性能。
l 優異的轉矩控制性能。
l 電流環和速度環路參數易於整定。
l 支持單電阻，雙電阻，三電阻電流採樣算法，採樣電路如圖2所示。
l 支持風機應用領域的逆風和順風啟動。
l 支持PWM，模擬調速控制。
l 支持FG輸出功能。
l 具有堵轉保護，缺相保護，過、欠壓保護，過流保護功能。
3. FT3066及周邊硬體電路實現
3.1 FT3066控制晶片描述
l 最大108MHZ CPU執行速度。
l 零等待FLASH讀寫操作。
l 2.6~3.6V電壓供電。
l 晶片提供6對帶死區控制的專用PWM。
l 2路高速12位的多通道，可靈活配置採樣的ADC模塊(1MSPS轉換率)。
l 豐富的通訊外設接口。
3.2電阻採樣電路
FOC矢量控制需要電機電流反饋信息。FT3066可配置兩電阻或三電阻橋臂電流採樣或單電阻的直流
母線電流採樣。電流採樣電路的好壞直接影響無傳感器算法對轉子位置及速度信息估算的結果，進而影響控制性能。FT3066採用如下的電流採樣調製電路，根據控制的電機及負載情況，優化調製電路的參數。
圖2 電流採樣調製電路
3.3 FT3066實現SVPWM調製
SVPWM載波頻率可選：12K，16K，18K，20K。在使用過程中，可根據實際應用選擇不同載波頻率，通
常情況下載波頻率越高，電機電磁噪音越小，MOS開關損耗會增加;反之，載波頻率越低，電機噪音越大，MOS開關損耗減小。
3.4 FG輸出信號
FG是一個反映電動機旋轉速度的脈衝信號。如果不使用該功能，可以將其引腳懸空。下圖為一個電頻
率對應的FG信號輸出波形
圖3 電流波形與對應的FG信號輸出
4. 典型應用
FT3066以其優異的控制性能，可廣泛應用於風機、泵類等市場應用。其成功案例有空調風機、油煙機風機、高壓風扇、洗滌泵、屏蔽泵等。
5. 總結
FT3066是Fortior推出的高性能電機控制晶片。它採用無傳感器磁場定向控制技術和最大轉矩/電流比
控制策略，支持兩電阻、三電阻橋臂電流採樣和單電阻的母線電流採樣。具有優良的轉速閉環控制和優異的轉矩閉環調節效果。具有堵轉保護，缺相保護，過、欠壓保護，過流保護功能。
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