簡化無刷電機(jī)開發(fā)的工具

傳統(tǒng)上被視為直流電機(jī)類型的高端，無刷直流電機(jī)(BLDC) 通常被保留用于具有高性能或效率要求的系統(tǒng)。無刷直流電機(jī)（BLDC）是永磁式同步電機(jī)的一種，而并不是真正的直流電機(jī)，英文簡稱BLDC。區(qū)別于有刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，采用方波自控式永磁同步電機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。

無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。

無刷直流電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源 POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時使功率管的 G極接 12V，功率管導(dǎo)通，對應(yīng)的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，會依次導(dǎo)通，使得對應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來，這就是無刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

但隨著電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)變得更加集成化并且控制解決方案變得更容易獲得，系統(tǒng)設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)使用 BLDC 電機(jī)解決方案比以往任何時候都更簡單，以便獲得性能和效率優(yōu)勢。為支持這一趨勢，TI 提供了高質(zhì)量的開發(fā)工具來幫助我們快速啟動 BLDC 電機(jī)，同時最大限度地降低開發(fā)成本。

在之前的一篇文章中，我討論了 LaunchPad? 開發(fā)套件加 BoosterPack 方法，該方法實質(zhì)上采用了微控制器 (MCU) LaunchPad 套件并添加了外設(shè) BoosterPack，允許我們評估 MCU、外設(shè)和整個系統(tǒng)。

這種組合可以讓我們跳過為我們的電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計、布局和調(diào)試測試板的昂貴且耗時的步驟。該套件允許電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員連接電機(jī)并立即開始評估電機(jī)、驅(qū)動器和控制器的性能。圖 1 顯示了直接連接到套件的標(biāo)準(zhǔn)三相 BLDC 電機(jī)。24V 電源提供功率級和控制器電源軌。示波器正在查看輸入和輸出開關(guān)信號，并與 2kRPM 的電機(jī)電流進(jìn)行比較。初步評估后，LaunchPad 和 BoosterPack 設(shè)計文件可用作最終系統(tǒng)設(shè)計的參考。

圖 1：評估電機(jī)系統(tǒng)的示例實驗室設(shè)置

例如，LAUNCHXL-F28027F和BOOSTXL-DRV8301一起使用 ( InstaSPIN-FOC ?) 無傳感器磁場定向控制技術(shù)設(shè)計 BLDC 電機(jī)系統(tǒng)。除了無傳感器 InstaSPIN-FOC 電機(jī)控制之外， LAUNCHXL-F28069M 還擴(kuò)展了該方法，允許連接兩個 BoosterPack 并開發(fā)基于InstaSPIN-MOTION ? 編碼器的傳感器速度和位置磁場定向控制?，F(xiàn)在，我們正在發(fā)布使用我們下一代 BLDC 電機(jī)柵極驅(qū)動器的BOOSTXL-DRV8305EVM （圖 2）。

圖 2：LAUNCHXL-F28027F + BOOSTXL-DRV8305EVM

除了評估硬件，TI 還提供全面的軟件和技術(shù)資源，以最大限度地減少開發(fā)開銷和時間。

BOOSTXL-DRV8305EVM 是基于 DRV8305 電機(jī)柵極驅(qū)動器和 CSD18540Q5B NexFET? 功率 MOSFET 的 15A 三相無刷直流驅(qū)動級。該模塊具有獨立的直流總線和相位電壓傳感以及用于無傳感器 BLDC 控制算法的獨立低側(cè)電流分流傳感。該模塊借助 LMR16006 0.6A 降壓穩(wěn)壓器為 MCU 提供 3.3V 電源。驅(qū)動級受到短路、過熱、擊穿和欠壓等全面保護(hù)，并且可通過 SPI 接口輕松配置。

該模塊非常適合采用 DRV8305 進(jìn)行評估和快速開發(fā)。它旨在與兼容的 XL LaunchPad 一起工作。BoosterPack 可與 LAUNCHXL-F28207F（對于 InstaSPIN-FOC）組合使用，或者最多兩個 BoosterPack 可與 LAUNCHXL-F28069M（對于 InstaSPIN-FOC 或 InstaSPIN-MOTION）組合使用。通過 MotorWare 支持 InstaSPIN 解決方案。

特性

4.4V 至 45V 電壓電源輸入

支持最大峰值 20A 的 15A 連續(xù)電流輸出

為 BLDC 無傳感器控制解決方案提供相位電壓和電流反饋

超小型（2.0 x 2.2 英寸）完整無刷直流驅(qū)動級

驅(qū)動級受到全面保護(hù)，包括短路、過熱、擊穿和欠壓保護(hù)

MotorWare為每個硬件套件、GUI 和技術(shù)文檔提供了廣泛的電機(jī)控制庫、項目/實驗室/示例。LaunchPad + BoosterPack 組合使工程師可以立即開始軟件設(shè)計并在整個硬件設(shè)計階段取得進(jìn)展。