通過簡化吊扇應用中的代碼開發來減少設計時間

 簡介

為了滿足智能和節能吊扇的需求，市場趨勢已從傳統的單相感應電機吊扇轉向節能的無刷直流（BLDC）電機 。與傳統的吊扇相比，典型的 BLDC 吊扇（見圖 1）具有更高的效率、功率因數和功率密度，這使得電機可以更小。然而，吊扇應用要求帶來了多個系統級挑戰，這些挑戰必須在 BLDC 電機驅動器中得到解決，通常需要大量的專業編碼開發。本文討論了這些挑戰，并重點介紹了現有的無代碼矢量控制（FOC）無傳感器 BLDC 電機控制器如何解決吊扇應用中的挑戰。

現代吊扇的挑戰

現代吊扇設計師面臨許多挑戰，需要通過代碼開發來確保：

• 啟動時無傳感器的精確轉子 IPD 數據： 啟動時，轉子初始位置檢測（IPD）不準確可能導致反轉或危險振蕩。在無傳感器啟動的 BLDC 風扇中傳統使用的對齊并啟動算法，會導致葉片在開始旋轉到期望方向之前向相反方向移動，這種反向移動在吊扇應用中被視為安全問題。

• 穩定的電源電壓： 精確的轉子 IPD 數據需要穩定的電源電壓，尤其是在啟動時面臨巨大的浪涌電流時。功率因數校正（PFC）轉換器的電壓必須在啟動 IPD 操作之前穩定。這是通過延遲啟動來適應這種浪涌電流來實現的，這確保了可靠的位置檢測。

• 可靠的正向或反向啟動： 風扇在正向或反向風車操作時必須可靠啟動。在正向風車操作中，如果風扇已經以期望方向旋轉且電機被命令開啟，控制器必須判斷電機是否需要完全停止或具有足夠的反電動勢（emf）以在無傳感器模式下繼續旋轉。而在反向風車操作中，如果電機以非期望方向旋轉，則首先完全停止電機，然后以期望方向重新啟動。

• 與安裝環境的兼容性： 用于安裝吊扇的各種聯軸器會影響電機啟動性能。電機驅動算法應考慮這些系統級問題。

• 安全高效的恒速電機控制： 速度控制對于限制系統峰值輸入功率和防止驅動器中過度的功率耗散至關重要，這可能導致損壞。
  
  

• 故障檢測和報告： 必須檢測和報告各種故障條件，如卡轉、超速、過流、振動或缺相。

開發解決這些挑戰的專業軟件需要廣泛的知識系統和小型控制器，并增加了整體研發時間和成本。

集成算法消除編碼

設計師可以通過集成專門設計的驅動器來簡化開發并減少時間，這些驅動器集成了無需在系統開發過程中進行編碼的算法。市場上的解決方案包括來自 Allegro 的 50V 三相無傳感器 BLDC 電機（FOC） 柵極驅動器  QuietMotion 系列。該系列包括專為無傳感器運行設計的專有高性能算法，以實現最佳效率和卓越的噪聲性能，而無需軟件開發。完全集成的專有 Allegro 算法支持的功能包括：

• 在寬泛的操作范圍內實現高效率，使用正弦波 FOC 算法來對反電動勢和電機電流進行相位對齊。

• 非反向快速啟動和從啟動中獲得正確的位置數據，使用先進的 IPD 雙脈沖算法。

• 通過 100 毫秒啟動延遲實現正確的 IPD 和平滑啟動，該延遲允許足夠的時間進行 PFC 電壓調節。使用具有延遲 IPD 的 QuietMotion 設備的典型啟動情況如圖 2 所示。

• 在正轉和反轉風車情況下實現平滑的開-關轉換，這是由集成在電機控制器中的軟啟動、軟停止功能實現的。

• 通過閉環速度控制和閉環功率控制調節速度變化和功率變化與負載，確保運行和輸入功率保持在指定范圍內。

• 門控制器中集成的保護功能在故障情況下保護電機和驅動器，包括電流限制、過流保護（VDS 感應）、可編程安全制動閾值、欠壓鎖定、過壓保護、鎖檢測、缺相保護、振動鎖檢測、過速保護和熱關斷。

• 應用特定參數的編程和調諧——包括速度、電流、功率、速度曲線和電阻等——直接通過控制器 EEPROM 中的簡單 I2C 接口進行。

這些電機驅動器  的快速簡便調諧能夠實現快速應用集成，從而減少開發時間和成本。

尋找最佳節省成本、無需編碼的解決方案

Ps. QuietMotion 系列 FOC 門控制器配備了控制吊扇所需的基本功能，包括專為吊扇應用設計的 FOC 算法，以實現無代碼環境，達到最佳效率和聲學性能。欲了解更多關于 QuietMotion 并選擇滿足特定設計需求的最佳設備，請參考表 1 中提供的附加功能。使用 QuietMotion 解決方案可以消除軟件開發代碼的開發，設計時間和相關成本均可降低。