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无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案

发布时间:2025-04-01 来源:我爱方案网 责任编辑:lina

【导读】BLDC电机控制中,算法发挥着至关重要的作用,其优劣直接影响电机的控制性能。算法自身随着技术的发展不断进行迭代更新,从方波控制向有感SVPWM、FOC方向发展,伴随控制性能不断提升,算法复杂度也随之提升,对控制芯片的计算量和计算速度的要求也越来越高。


BLDC电机控制中,算法发挥着至关重要的作用,其优劣直接影响电机的控制性能。算法自身随着技术的发展不断进行迭代更新,从方波控制向有感SVPWM、FOC方向发展,伴随控制性能不断提升,算法复杂度也随之提升,对控制芯片的计算量和计算速度的要求也越来越高。


各种控制算法均有各自的优缺点,具体的选择需要依据最终应用领域而定,无感FOC控制算法最为先进,能够最大程度上实现高效率、低振动、低噪音以及高响应速度等控制目标,因此逐渐成为主流趋势。



无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


(FOC框图)


BLDC电机控制性能在FOC控制技术问世后才得到了质的飞跃。FOC控制提倡的是励磁电流与转矩电流的解耦控制,从而使磁场控制与转矩控制得到兼顾,克服了交流电动机自身耦合的不足。


FOC控制下的电机换向性能极其优秀,在最高转速下正反转切换可以做到十分顺畅,同时FOC可以进行电流(力矩)、速度、位置三个闭环控制。通过Clock调速和PWM调速,FOC控制下的BLDC震动更低,噪音更小,响应速度更快。


在无传感器FOC算法中,由于集成了先进控制技术,因此可以显著加快电机调谐,例如,通过自行测量电机参数或自动执行控制环路的调谐等方式加快速度。


我爱方案网分析师推荐三款采用无感FOC控制算法的电机变频控制方案,能够最大程度上实现高效率、低振动、低噪音以及高响应速度等控制目标。


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无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案



1.高速电机方案


无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


方案可选用HC32M140、HC32M120、HC32F460作为主控,采用无感FOC控制系统,支持单电阻、双电阻采样,可工作在恒转速、恒功率、恒扭矩等模式下。系统最高转速可达12万转(当使用HC32F460时更可高达15万转),适用于高速吹风机、高速吸尘器等产品。


方案特点
快速启动:启动稳定可靠,可在500ms内加速至额定转速
快速停机:采用主动刹车,无过压、过流风险,支持掉电刹车
高速控制:最高电转速可达2000+Hz
工作电压范围大:适用220VAC、110VAC、24VDC供电

丰富的保护功能:过欠压、过流、过功率、堵转、缺相等系统保护

应用场景:

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。


2.电动工具方案


无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


方案以HC32M140为主控芯片,基于无传感器六步换相控制算法,实现BLDC电机大扭矩启动和高速运行,保护功能齐全,适用于电钻、角磨机、冲击钻、电动扳手、电锤等低压中小功率电动工具应用场景。


方案特点
48MHz主频、8KB RAM/128KB Flash内存资源、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER
基础功能:反电动势过零检测算法(支持ADC和比较器)、电流/电压采样
复杂工况:静止堵转启动、低速大扭矩运行、顺逆风启动、刹车功能
系统保护:过流保护、过压/欠压保护、长时间堵转保护

支持多种转速设定信号(PWM、ADC等)


3.高速吹风筒方案


无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


方案简介:

高速吹风筒方案采用小华超低功耗HC32M120主控MCU,内置先进的无位置传感器FOC控制策略,实现连续平稳的风机调速系统,具备顺风、逆风、静止状态下无抖动即时启动功能,30cm距离测量运行噪音75db以下,为行业中上水平;启动稳定性好,一次启动成功率可达99.7%以上;运行效率高,220V机种,10.5万RPM最高风速档位运行,PCBA级实测输入功率92W,优于市场主流方案。


方案特点:
快速启动:启动稳定可靠,可在500ms内加速至额定转速
快速停机:采用主动刹车,无过压、过流风险,支持掉电刹车
高速控制:最高电转速可达2000+Hz
工作电压范围大:适用220VAC、110VAC、24VDC供电
丰富的保护功能:过欠压、过流、过功率、堵转、缺相等系统保护
应用场景:

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。


4.电动自行车


无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


方案简介:电动自行车电驱控制板方案以HC32M120为主控芯片,同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外围电路构成。主要功能:EBS、能量回馈、HDC、霍尔修复、相序自识别、一线通、三速、GB_25KM、1:1电动助力等。


方案特点:
48MHz主频、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER、温度范围:-40℃~105℃
丰富的基础函数库、SVPWM系统、电机专用控制库模块
FOC控制系统优势(正弦电流、转矩平稳、低噪音)
平地/坡道/溜坡/滑行/带载启动优势(启动转矩大、重载启动高可靠)
客制化控制流程优势(丰富的模块化电机库)

完善的系统保护功能(过流、过压、欠压、堵转、飞车、短路等保护)


5.洗衣机变频控制方案


方案以HC32F460为主控芯片,单芯片实现洗涤电机与烘干风机的双电机变频控制;采用无感FOC控制算法,运行噪音低,电流谐波小;支持多种采样方式,内置放大器和比较器,节省BOM成本;完善的系统保护功能:过压、欠压、过流、堵转、缺相等;支持异常情况下的紧急停机功能。


无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


方案特点:
1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4内核MCU HC32F460
2.支持FPU,大幅度提升算力
3.高效Cache,保证CPU零等待执行性能
4.多功能PWM Timer,支持多个电机控制
5.12位2Msps高精度ADC单元,灵活支持多种采样方式
6.内置PGA、CMP
7.EMB可独立控制每个通道
8.系列丰富,封装从48Pin到100Pin,适应不同设计需求

应用领域:冰箱、空调、洗衣机、变频控制板

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无感FOC算法驱动的BLDC电机的优势解析与实战应用方案


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