带PFC功能的无传感电机控制系统应用简介

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

主要负责数字电源和电机控制的 相关算法开发

下面由我给大家介绍

TI关于电机控制

尤其是无传感电机控制的 各种算法和解决方案

以及用单个芯片实现电机控制

+PMC的算法开发

我将按照下面四个部分 给大家进行介绍

第一部分 简单介绍电机系统 在工业界的地位

以及市场情况

第二部分 介绍TI能够为大家提供的

无传感电机控制的解决方案

以及相关方案的各种特性

第三部分 着重介绍在一个 电机控制系统中

如何加入PFC控制算法

以及如何在同一个MCU中 使用两种算法同时工作

第四部分 向大家介绍

TI的相关免费资源

我们知道 电机是目前人类掌握的

能够把电能转换为机械能的 几乎是唯一的手段

所以电机的应用场景非常广阔

数量非常庞大

因此 掌握电机控制技术

或者优化电机控制技术

将对电机的控制效率 和提升有重大意义

在电机控制的演进过程中

有几次阶段性的革命

从开始的直流电机

交流异步电机

这种我们称之为并频电机的 在工业界的广泛应用

到现在这些年非常热门的

变频控制的应用

几乎现在所有用到电机的地方

都在改进为变频控制

像我们从这里看到的

从家用电器的洗衣机

变频的空调 压缩机冰箱 以及变频风扇等等应用

到汽车上的一些主要电机的应用

都在一点的逐渐进行变频化

那这这个逐渐变频化的过程中

工业界对电机控制的性能

成本 提出了更高的要求

因此 也演变出了很多种

对变频电机控制的新的算法

有传感的 无传感的

各种技术应运而生

每一次新技术的产生

和每一次技术的革命

其实都是帮助我们解决了

成本性能的这些问题

向着价格更便宜 性能更优异的方向演进

那么 我们把电机

无论是变频电机 还是定频电机

以及把电能转换为机器能

那为什么有些系统中 还要引入PFC这个功能呢

其实 我们的PFC

大家都知道 是为了解决斜波的问题

那PFC加入系统中 主要完成的 目标大概有下面四个

第一个就是我们为了 满足一些斜波的要求

各个地区所应用的 斜波标准是不一样的

这里我大概列了几个

现在工业界主流的斜波标准

其中IEC标准可能是 被大家最广泛应用的

一般的 我们如果泛泛地讲

可能达到5%的斜波含量

当然这个斜波含量的 计算次数一般是在39此斜波

那我们中国地区的国标

定义斜波的定义呢

它不是用比例来定义的

因为我们刚才提到

IEC的这个标准它定义 斜波含量是按照比例

不管用电设备是多大功率的 是几百瓦 是几千瓦

它要求的斜波含量是5%或者是3%

有一些地区 比较严格的话

它是一个比例

但是我们的国标定义的斜波

是按照电流的绝对值来定义的

它是16安培

所以 在一些小型的用电设备上

整个设备的用电电量 可能都没有到16安培

所以这些小型设备上

其实在中国地区 是没有斜波要求的

也就是因为这个原因 在中国地区

很多的产品中

是没有加PFC这个功能的

但我们看到现在的 一个趋势就是

很多产品都在国际化

在进入欧盟或者是 北美一些地区的时候

它的斜波标准要求严格的时候

有一些设备就需要额外 增加斜波校正和调整的单元

很有可能就需要 加入一个PFC功能

还有就是加入PFC 可以实现一个升压的功能

将我后面电机驱动的 母性电压抬高

以便能够让我的电机 达到更高的转数

实现更高的效率

另外使用的这个PFC的 电机控制系统

我的母性电压的纹波可能会更小

这样更有利于后端的电机驱动

实现更平稳的速度控制

另外 在有一些系统中

我可能在电机制动的时候

我需要将电机制动的 电能回馈到电网

或者回馈到电池中

那么我需要有一个 双向的电流通路

能够实现能源 能量回馈

这样就需要选 特殊top的PFC结构

既能实现正向的斜波校正

又能实现方向的能量回馈

电机和PFC搭配的 这种典型应用

其实最典型的应用 就是我们的空调

家用空调或者是商用空调

这是非常多的应用了 PFC+电机的结构

另外 在一些比较大功率的风扇

还有些电梯

电梯中的应用

很多都是为了实现 这种反向能量回馈

在电机到达一个楼层 制动的时候

我需要把能量回馈到电网

当然 这个相对来说比较少了

洗衣机上会考虑加PFC

当然工业的一些机器人

也是会有用到PFC

相对少一些

但随着各个地区 斜波标准越来越严格

PFC的应用场合也是越来越多

更多的产品在考虑加入PFC功能

来达到各地区的斜波标准要求

这里我们看到的 是一个PFC+电机驱动

的一个典型应用的硬件电路

这个也是我们曾经做过得一个

TI Design的一个电路图

在这里 我们用的主控芯片

是TI的c2000系列控制芯片

那驱动高压的管子的驱动

我们用的是TI高压驱动UCC27714

电流采样

这个应用里面 电流采样 我们用的是下管采样

是上横电阻

再加上非隔离型的运放

如果我们选择电机的电流的 采样点是在线上的采样

可能会需要用到隔离型运放

那我们TI有一颗 AMC1200的隔离运放

可供大家使用

那opl2374

是我们性能非常好的一颗 轨对轨的运放 模拟运放

在这个系统应用中

我们已经实现的PFC

它的开关频率是在40KHz

开关频率越高 对电感的体积就越小

当然 相应管子的 开关损耗会越大

但同时对主控MCU的 计算能力

和响应速度也是要求更高的

同时我们是用一颗 单独的c2000芯片

来实现了40K的PFC 再加上一个电机控制

在下面的章节中 我们会为大家着重介绍

TI能够为大家提供的这种 完全开源的 免费的

无传感电机算法

有多种无传感电机算法 可供大家选择

供大家评估

以及在这种无传感电机算法中

如何加入一个高性能 更高开关频率的PLC

是让PFC+电机控制算法在一颗

尽量低成本的 c2000MCU系列中实现

谢谢 请大家继续关注下一章节的介绍

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

主要负责数字电源和电机控制的 相关算法开发

下面由我给大家介绍

TI关于电机控制

尤其是无传感电机控制的 各种算法和解决方案

以及用单个芯片实现电机控制

+PMC的算法开发

我将按照下面四个部分 给大家进行介绍

第一部分 简单介绍电机系统 在工业界的地位

以及市场情况

第二部分 介绍TI能够为大家提供的

无传感电机控制的解决方案

以及相关方案的各种特性

第三部分 着重介绍在一个 电机控制系统中

如何加入PFC控制算法

以及如何在同一个MCU中 使用两种算法同时工作

第四部分 向大家介绍

TI的相关免费资源

我们知道 电机是目前人类掌握的

能够把电能转换为机械能的 几乎是唯一的手段

所以电机的应用场景非常广阔

数量非常庞大

因此 掌握电机控制技术

或者优化电机控制技术

将对电机的控制效率 和提升有重大意义

在电机控制的演进过程中

有几次阶段性的革命

从开始的直流电机

交流异步电机

这种我们称之为并频电机的 在工业界的广泛应用

到现在这些年非常热门的

变频控制的应用

几乎现在所有用到电机的地方

都在改进为变频控制

像我们从这里看到的

从家用电器的洗衣机

变频的空调 压缩机冰箱 以及变频风扇等等应用

到汽车上的一些主要电机的应用

都在一点的逐渐进行变频化

那这这个逐渐变频化的过程中

工业界对电机控制的性能

成本 提出了更高的要求

因此 也演变出了很多种

对变频电机控制的新的算法

有传感的 无传感的

各种技术应运而生

每一次新技术的产生

和每一次技术的革命

其实都是帮助我们解决了

成本性能的这些问题

向着价格更便宜 性能更优异的方向演进

那么 我们把电机

无论是变频电机 还是定频电机

以及把电能转换为机器能

那为什么有些系统中 还要引入PFC这个功能呢

其实 我们的PFC

大家都知道 是为了解决斜波的问题

那PFC加入系统中 主要完成的 目标大概有下面四个

第一个就是我们为了 满足一些斜波的要求

各个地区所应用的 斜波标准是不一样的

这里我大概列了几个

现在工业界主流的斜波标准

其中IEC标准可能是 被大家最广泛应用的

一般的 我们如果泛泛地讲

可能达到5%的斜波含量

当然这个斜波含量的 计算次数一般是在39此斜波

那我们中国地区的国标

定义斜波的定义呢

它不是用比例来定义的

因为我们刚才提到

IEC的这个标准它定义 斜波含量是按照比例

不管用电设备是多大功率的 是几百瓦 是几千瓦

它要求的斜波含量是5%或者是3%

有一些地区 比较严格的话

它是一个比例

但是我们的国标定义的斜波

是按照电流的绝对值来定义的

它是16安培

所以 在一些小型的用电设备上

整个设备的用电电量 可能都没有到16安培

所以这些小型设备上

其实在中国地区 是没有斜波要求的

也就是因为这个原因 在中国地区

很多的产品中

是没有加PFC这个功能的

但我们看到现在的 一个趋势就是

很多产品都在国际化

在进入欧盟或者是 北美一些地区的时候

它的斜波标准要求严格的时候

有一些设备就需要额外 增加斜波校正和调整的单元

很有可能就需要 加入一个PFC功能

还有就是加入PFC 可以实现一个升压的功能

将我后面电机驱动的 母性电压抬高

以便能够让我的电机 达到更高的转数

实现更高的效率

另外使用的这个PFC的 电机控制系统

我的母性电压的纹波可能会更小

这样更有利于后端的电机驱动

实现更平稳的速度控制

另外 在有一些系统中

我可能在电机制动的时候

我需要将电机制动的 电能回馈到电网

或者回馈到电池中

那么我需要有一个 双向的电流通路

能够实现能源 能量回馈

这样就需要选 特殊top的PFC结构

既能实现正向的斜波校正

又能实现方向的能量回馈

电机和PFC搭配的 这种典型应用

其实最典型的应用 就是我们的空调

家用空调或者是商用空调

这是非常多的应用了 PFC+电机的结构

另外 在一些比较大功率的风扇

还有些电梯

电梯中的应用

很多都是为了实现 这种反向能量回馈

在电机到达一个楼层 制动的时候

我需要把能量回馈到电网

当然 这个相对来说比较少了

洗衣机上会考虑加PFC

当然工业的一些机器人

也是会有用到PFC

相对少一些

但随着各个地区 斜波标准越来越严格

PFC的应用场合也是越来越多

更多的产品在考虑加入PFC功能

来达到各地区的斜波标准要求

这里我们看到的 是一个PFC+电机驱动

的一个典型应用的硬件电路

这个也是我们曾经做过得一个

TI Design的一个电路图

在这里 我们用的主控芯片

是TI的c2000系列控制芯片

那驱动高压的管子的驱动

我们用的是TI高压驱动UCC27714

电流采样

这个应用里面 电流采样 我们用的是下管采样

是上横电阻

再加上非隔离型的运放

如果我们选择电机的电流的 采样点是在线上的采样

可能会需要用到隔离型运放

那我们TI有一颗 AMC1200的隔离运放

可供大家使用

那opl2374

是我们性能非常好的一颗 轨对轨的运放 模拟运放

在这个系统应用中

我们已经实现的PFC

它的开关频率是在40KHz

开关频率越高 对电感的体积就越小

当然 相应管子的 开关损耗会越大

但同时对主控MCU的 计算能力

和响应速度也是要求更高的

同时我们是用一颗 单独的c2000芯片

来实现了40K的PFC 再加上一个电机控制

在下面的章节中 我们会为大家着重介绍

TI能够为大家提供的这种 完全开源的 免费的

无传感电机算法

有多种无传感电机算法 可供大家选择

供大家评估

以及在这种无传感电机算法中

如何加入一个高性能 更高开关频率的PLC

是让PFC+电机控制算法在一颗

尽量低成本的 c2000MCU系列中实现

谢谢 请大家继续关注下一章节的介绍