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标题: 浅谈无刷控制器关键技术 [打印本页]

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 20:19
标题: 浅谈无刷控制器关键技术
浅谈无刷控制器关键技术

开发控制器程序两年了，一直犹豫是否该不该动笔写这篇文章，但是前不久已经有网友开始写类似本文主题的帖

子了，鄙人也参与了讨论，心想，这也不算什么核心技术。一个企业的竞争力由多种因素决定，在方案容易获得

的情况下，一个企业的市场公关能力以及其他方面的特征远比所谓的关键技术要高级和复杂得多。电动车在神州

大地蓬勃发展，利国利民，更多技术人员投身于控制器技术研发大军当中，成功者并不多，因为我深知，一个成

功的方案，不仅需要技术上的积累，还需要企业的巧妙运作以及市场的考验和认可。

本文将就电动自行车无刷控制器关键技术逐一进行原理上的简要介绍，限于篇幅，文章不做太过详细的介绍，文末对市场上几种方案进行个人的评价，希望大家参与讨论。

文章提纲如下：
一. 如何控制电流？

二. 怎么降低启动时的噪音？

三.同步整流是怎么回事？

四.电子辅助制动该如何做？

五.16F72,NEC,PSOC,AVR各方案各有什么特点？

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 20:34
标题: 一如何控制电流？
电流控制是无刷控制器最基本的功能，优秀的电流控制算法能尽最大可能保证MOS管的安全。

控制好电流的一个前提是，如何采样准确的电流？

一句话：AD转换应在PWM波形的有效段的中点完成最好。

有了准确的电流采样后，然后剩下的事情就是控制电流不要超过限制值。

控制电流有几种方法，比如超过了就减占空比等等，需要注意的是，不仅需要控制绕组的平均电流，还需要控制MOS管的瞬时电流。

作者: ckks 时间: 2007-9-11 20:34
强烈支持楼上。

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 20:42
标题: 二怎么降低启动时的噪音？
启动时的噪音来源于转矩的脉动，一种解决办法是，在换向时，将占空比设一个比较大的值，使电机绕组平均电流迅速上升，一方面电机能较快地转过过渡态，另一方面降低转矩脉动量，从而降低因为转矩脉动引起震动而带来的噪音。

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 20:48
标题: 三同步整流是怎么回事？
同步整流常用于高级开关电源中，目的是让续流回路流经MOS管的导通电阻而不是并联的反向二极管。

当电机工作在大电流时,由于此时转速低,反电动势小,软件中的限流使得PWM占空比较少,这样同步整流就有用武之地了.

在没有同步整流的情况下，一个PWM周期里,当PWM为低时,上桥MOS管关断,此时绕组中电流不能反向,而是通过导通的下管和另一个关闭的下管内部的并联二极管进行续流.

二极管正向导通的压降太大,高温下可到1~1.5v,此时,设30A的电流流过,其功率损耗达30A*1.25v=37.5W.

若在续流的时候,打开续流通道的这个原本关闭的下桥臂MOS管,由于其Rds在10毫欧左右(75管),可以推算此时的功率损耗为30A*30A*0.01ohm=9W.

可想而知,同步整流在理论上,要大大降低MOS管的热耗.在实际的应用中,同步整流对降低MOS管的温升也是有好处的.

市面上有部分厂家不理解同步整流的作用,自以为懂一点硬件,于是改了电路，省掉两颗IC,也敢将产品投放市场,电动车厂家则更是不懂了，越便宜越喜欢.

由于同步整流仅在启动和爬坡时发挥作用,而这段时间不长,所以目前来看没有大面积翻修,但最后很可能就会出问题,害人害己的.

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 20:54
标题: 四电子辅助制动该如何做？
电子辅助制动，即所谓的EABS。

一种比较强烈的做法时，将下桥三管全部打开，上桥三管全部关闭，此时刹车效果最强，但并不推荐。

另一种做法时，对上桥进行调制，其占空比决定EABS的刹车强度。

注意EABS时，要控制回馈的瞬时电流和反充电电压，以保证系统安全。

作者: ckks 时间: 2007-9-11 20:57
引用网友的一句话：(您要加换相电流补偿:在换相后立即打开PWM至100%,待新接入相电流上升至关断相关断前的电流幅值时才恢复正常PWM.

由于电感及反电势的存在(在低速时主要是电感的影响),新接入相电流会迟缓上升,这样在换相点就会形成电流凹陷,造成转矩脉动.)

作者: yjz 时间: 2007-9-11 21:17
好帖,楼主在这方面很有研究啊.

确实,这些就是控制器的关键技术,难得楼主肯与人共享,谢谢.

作者: 光明在前 时间: 2007-9-11 21:29
标题: 五 16F72,NEC,PSOC,AVR，XC848各方案各有什么特点？
16F72，个人认为这种方案是最为成熟、应用最为广泛的方案之一，可以说是其他各种方案的开山鼻祖了。

NEC方案，保守了些，平庸，方案上那块定做的片子显得过于小家子气。

PSOC方案，确实有独到之处，其实对我吸引更多的是PSOC这个系列的芯片。
该方案性价比较高，不过有些厂家卖价可不便宜。

AVR方案，ATmega48芯片性价比极高，同样可以输出3对PWM，可以省去4颗逻辑IC，不过其成熟度仍然有待考验。

XC846方案，该芯片性能和功能相当强大，IO也足够多，PWM功能相当强大，可以实现复杂的算法以及新颖的功能，唯一的缺点是MCU价格较高。

其他的一些后来进入的台湾MCU方案，大多走低价低性能路线，如果可靠性能得到保证，想必在市场上也会有一席之地的。

总的来说，个人认为目前控制器方案百花齐放，各有特点，撇开价格不谈，真正优秀的控制器在于控制算法，好的控制算法能尽可能多的检测到各种意外情况来保护控制器和行车安全，降低返修率，提高骑行者的操作舒适度以及提高控制器/电动车厂家的生产效率。

做技术的要牢记，企业的市场公关能力比方案更重要，我们唯一要做的就是，在满足客户需求的前提下，尽可能提高控制器的可靠性和方便控制器/电动车厂家生产装配。

我的QQ是549337536，email：keilcom@163.com,欢迎大家交流技术经验。

[ 本帖最后由光明在前于 2007-9-11 22:02 编辑 ]

作者: 大林子 时间: 2007-9-12 10:45
不错，这就是几年来无刷控制器发展走过的路，多少人数年的研究得出的经验都在此了，给做控制器的新手帮助不小。最好能再写细一些，如防止上下管直通的保护，瞬时电流的保护，启动时电流环的控制，等等

作者: zhaowo 时间: 2007-9-12 16:11
大林子是谁啊有QQ吗?很久就知道但到现在还不认识他

作者: 大林子 时间: 2007-9-12 20:14
还能是谁，一个普通的网友，上班一族。

作者: yjz 时间: 2007-9-13 00:12
也来谈谈对16F72,NEC,PSOC,AVR，XC848各方案的看法:

1.PIC16F72,这个没什么悬念的,可以说没有PIC16F72方案的面世就没有无刷控制器如今一统天下的局面.只是到了现在这个处处讲究标新立异的时代,PIC16F72的资源和价格有点让市场难以容忍了.

2.NEC,省掉逻辑芯片的方案有其价廉的优势,内部资源一般,与PIC16F72相比也只有价格占点优势.有的方案还没能去掉逻辑芯片(0608),则显得过于保守了.

3.PSOC方案,由于部分端口及内部资源的可编程控制,在应用中灵活性最大,往往可以通过对端口及资源的重新调配来弥补设计上的考虑不周或适应新功能的需要,但AD转换慢是其致命硬伤.

4.AVR方案,市面上流行的AVR方案充其量仅仅省掉逻辑芯片而巳,完全没有发挥出M48这颗不可多得性价比极高的芯片潜力,无锡方振电子不仅省掉逻辑芯片而且还去掉了用于电流采样放大的LM358,M48控制的开关电源的应用又省去了电源稳压LM317,真正实现了单芯片方案,由于M48在AD转换上比PSOC快上一个数量级,其对模似量的控制比PSOC要精确得多.

5.XC846方案,该芯片性能是目前应用于控制器领域的芯片中最出色的,其10M级的ADC时钟使AD转换仅需1~2个us,也许正因为太出色了,用于电动车电机的控制反而发挥不出其优异的性能,总不成在一个PWM周期内对电流进行多次采样吧?XC846方案也是无法省掉电流放大的LM358的.

总而言之,用于电动车控制器的控制芯片,最最关键在于PWM资源及AD性能这两大块,一切成功的方案都是在这两大块上有不凡的运用.

作者: 大林子 时间: 2007-9-13 13:19
不错的分析！道出了几种方案的优缺点。请问AVR为什么不用电流放大器358？

作者: xiaoyu666 时间: 2007-9-14 10:53
顶，日本登月了，国人当努力！

作者: ckks 时间: 2007-9-15 17:20
真正想谈的话还是从细讲启实用性更强

作者: 十条命 时间: 2007-9-16 12:50
顶一下!

作者: king_ch 时间: 2007-9-17 09:37
怎么无刷高手们不讨论了？
我还想多学习点呢。

作者: 小佟 时间: 2007-9-17 14:24
支持一下搂主，

作者: zhixin 时间: 2007-9-25 09:33
支持楼主

作者: 小佟 时间: 2007-9-26 15:07

原帖由 yjz 于 2007-9-13 00:12 发表
也来谈谈对16F72,NEC,PSOC,AVR，XC848各方案的看法:

1.PIC16F72,这个没什么悬念的,可以说没有PIC16F72方案的面世就没有无刷控制器如今一统天下的局面.只是到了现在这个处处讲究标新立异的时代,PIC16F72的资源 ...

看来前辈是做AVR的啦？？

作者: 云清扬 时间: 2007-10-2 14:27
支持一下

作者: hqin17 时间: 2007-10-10 11:21
标题: 回复 #9 光明在前的帖子
请教光明在前兄，psoc的AD转换速度慢，如何实现你说的AD转换应在PWM波形的有效段的中点完成最好，psoc的ad是否只能采集出平均电流。

作者: ndht 时间: 2007-11-15 18:50
非常有用的经验，谢谢。

作者: 杭州电动车 时间: 2007-11-15 19:19
学习了

作者: 控制器123 时间: 2008-9-26 09:21
我认为at48的比较好

作者: scott_allen 时间: 2008-9-26 17:58
哪家的芯片都有自己的特点，不能说NEC不好,也能说XC846就神奇,同样不能说AVR和CYPRESS就非常适合,去市场上拿几个比较,你看看,PIC的还是领头羊,CYPRESS做的人那么多,还是老晶汇的曲线最好看,NEC便宜,但9234有8K的ROM,何况我个人觉得紫薇虽无同步续流,但是他做出来的控制器测试的曲线连晶汇的都比不上,AVR资源合适,大家都知道,无锡方振也确实做到了单芯片控制器,但一定就非常有优势?我想大家选择不一样,有人觉得电流采集还是需要放大来处理,才能做好电流，测试方振的曲线,确实没什么优势,启动效果也稍微逊色了点,但短路保护做的还可以.至于说开关电源,用一个单片机口去控制，也不是什么很突出,松正的开关电源用的很好啊,而且静态功耗小于1.5W.
从上面看出来，无论你采用哪个芯片,都没有错，贵在自己的设计能力.台湾芯片做好的也不少.一切都是基于稳定!!!!

作者: 控制器123 时间: 2008-9-26 22:41
标题: 学习
高人,真正的高人,讲的透晰

作者: 控制器123 时间: 2008-9-27 21:33
标题: 提问
光明在前先生;同种芯片控制器,在同样转速的情况下[当然是等负荷的],为什么负荷电流相差很大?谢谢,

作者: 归去来兮 时间: 2008-9-28 16:51
请问各位大侠：电动车为什么不用永磁同步电机（PMSM MOTOR）？这个比BLDC成本低，低速无脉动，就是控制器要三相正弦波输出，不过也很成熟，成本也高不了很多啊？

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