采用无感FOC电机控制的变频驱动方案

【导读】电机控制方案以提升能效、动态性能和降低运行噪声为主要设计方向，因此电机驱动主控芯片需在效率、系统能耗、集成度、可靠性上等多方面助益。针对电机控制应用市场，快包分析师推荐两款采用无感FOC控制算法的家用电机变频控制方案，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。

无感FOC（无传感器磁场定向控制—Field Oriental Control）是通过控制变压器输出电压的幅值和频率控制三相交流电机的一种变频控制方法。 它通过测量和控制电机的定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而将三相交流电机等效为直流电机控制。 通过坐标变换,将三相静止坐标系转换为两相旋转的坐标系,从而使三相交流耦合的定子电流转换为相互正交,独立解耦的转矩与励磁分量,从而实现直流变频控制。

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基于MCU控制的BLDC电机消除了刷子磨损和弧形机构，该技术使电机具有更高的效率，更高的转矩-惯量比，更高的速度性能，更低的噪声，更好的热效率和低EMI特性。从而使电机在更低成本下可以更为高效的稳定可靠运行，并从整体上降低了整机成本。

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。

方案一：基于小华HC32F460的洗衣机变频控制方案

方案以HC32F460为主控芯片，单芯片实现洗衣机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。

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

适用于冰箱、空调、洗衣机、变频控制板等领域。

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方案二：基于小华HC32F030/HC32L130的油烟机变频控制方案

方案以HC32F030/HC32L130为主控芯片，变频风机采用无感FOC控制算法，220V供电电压，转速范围600~2000rpm，支持多种启动模式和控制模式，运行噪音低，电流谐波小，内置放大器和比较器，节省BOM成本，系统保护功能完善。

方案特点

1.支持恒转速、恒扭矩、恒功率、恒风量多种控制模式，应对不同工况应用

2.支持静止、顺风、逆风多种启动模式，启动迅速可靠

3.48MHz 32bit ARM Cortex-M0+控制芯片，满足风机算力需求

4.高性能电机PWM Timer，支持死区保护功能

5.12位1Msps高速高精度ADC，灵活支持多种采样方式

6.内置OPA、VC等，简化外围电路设计

7.系列丰富，封装从28Pin到64Pin，适应不同设计需求

HC32F030系列通用 MCU 典型应用 

  ● 智能交通，智慧城市，智能家居

  ● 电子烟，航模，无线充等消费类行业

  ● 电动工具等电机控制行业

HC32L130系列超低功耗 MCU 典型应用

  ● 传感器应用，物联网应用

  ● 智能交通，智慧城市，智能家居

  ● 火警探头，智能门锁，无线监控等智能传感器应用

  ● 各种对于电池供电和对于功耗苛求的便携式设备等

快包项目推荐

项目名称：无刷电机驱动芯片和方案

项目详情：

无感无刷电机驱动

1、基本参数

（1）功率：最大 100W, 

（2）工作电压：直流 310V(AC220 整流滤波) 

（3）无霍尔，三相，2 极。 要求采用 PWM 占空比 0-100%控制转速，0- 5%停机，5%-100%根据占空比，调速范围 20000- 34000RPM，需要线性变化(有可能采用 PPM 控制) 。 5V 电压控制转速，0-0.5V 停机，0.5V-5V 根据 电压值，调速范围 20000-34000RPM，需要线性变化。具有转速反馈，输出一圈 1 个脉冲，脉冲幅值范围大于 0V-4.5V。 如果输出多个脉冲，需要说明一圈几个脉冲。 

（4）转速要求：空转 34000RPM，调速范围 20000-34000RPM

2、无刷电机驱动芯片和方案，需要提供源码和烧录文件；

3、具体要求查看附件。

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