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microcontrollers, analog ICs, wireless and USB-based connectivity solutions and reliable, high-performance memories help engineers design differentiated products and get them to market first. Cypress is committed to providing customers with the best support and development resources on the planet enabling them to disrupt markets by creating new product categories in record time. To learn more, go to www.cypress.com. www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

1 AN205563 F?MC-8FX 家族 MB95200 系列

8 位微控制器 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 相关器件系列:MB95200 系列 本文档简单介绍了 BLDC(无刷 DC)电动机的基本原理以及如何使用微控制器对其进行控制

1 概要 本文档简单介绍了 BLDC(无刷 DC)电动机的基本原理以及如何使用微控制器对其进行控制.

2 BLDC 电动机的基本原理 本章介绍了 BLDC 电动机的背景,包括应用领域和结构. 2.1 BLDC 电动机的应用 无刷电动机应用非常广泛.它有很好的耐用性,动态和静态性能,并且能在重量更轻和体积更小的情况下输出高转矩和 大功率.因此,BLDC 电动机在家电领域,例如空调,洗衣机等,比有刷 DC 或通用电动机更受欢迎. 无刷永磁电动机也可以用于高端伺服驱动器.微型控制器使用合适的控制软件,使伺服电机在伺服系统中实现高性能控 制环节. F2 MC-8FX 家族 MB95200 系列 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

2 2.2 BLDC 结构 下图是一个典型 BLDC 电机的结构图. 图1. BLDC 电动机的结构 BLDC 电动机的基本结构与传统有刷 DC 电动机类似.BLDC 电动机和传统有刷 DC 电动机的转子都包含永久磁铁,并 且定子都包含相位线圈.但是,传统有刷 DC 电动机的机械换向器被 BLDC 电动机的电子换向器所替换. 这个新的结构不但了节省电动机空间,还解决了机械换向器刷子可能带来各种问题,例如刷子磨损等.另外,由于外壳 线圈的热电阻更低,BLDC 电动机可以更有效地进行散热.并且电动机可以完全密封(如:泵),甚至可以直接在液体 中运行(如:压缩机). 但是,BLDC 电动机需要微型控制器以及功率器件用于电子换向.多数 BLDC 电动机有三个霍尔传感器用于反馈转子 位置.他们能在 60°精度内检测转子位置.对于更精确的位置测量,可使用光学编码器. 电动机旋转时,转子永磁铁将在定子相位线圈中产生一个感应电压.该电压也称作反电势(电磁力).多数 BLDC 电 动机的反电势为类似于梯形,适合采用被六步换相驱动法.但是一些 纯粹的 同步电动机的反电势为类似于正弦形, 适合采用空间向量调制驱动法. BLDC 电动机还有一些其他名字,例如电子换向电动机、PMSM(永磁铁同步电动机)或无刷 AC 电动机.通常,EC 或BLDC 电动机意味着换相区块内是梯形反电势电压.它与有刷 DC 电动机性能非常类似.PMSM 或PMAC 表示正弦 反电势电动机.它几乎没有转矩波纹,且性能非常高. F2 MC-8FX 家族 MB95200 系列 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

3 3 BLDC 的简单控制 本章介绍了一个简单的控制原理,并给出了控制逻辑波形. 3.1 简单的控制原理 通常,BLDC 电动机定子有三个相位线圈 U、V、W.每一个线圈有两个接线端 U 和U'

、V 和V'

、W 和W'

.这三个相 线圈的连接呈星形,即U'

、 V'

和W'

连接在一起. 下图是 BLDC 电动机定子连接的简单结构图. 图2. BLDC 电动机的定子连接 如上图所示,如果电压从 U 输入到 U'

,从V'

输入到 V,电流将从 U 流至 V.然后,定子中将由电压感应出磁场,转子 跟随磁场转动,直到转向时序同步. 如果改变定子相位中的电压转向,定子磁场和转子也将改变转向.如下图所示,定子的电压分配一共有六种类型.每一 种都可以让转子转动

60 度.如果按顺序发送定子电压的每种类型,电动机将转动一整个周期,即360 度. 图3. 全周期定子电压 该控制方法称作 block 换向(亦称作六步或

120 度梯形驱动法),特别是当电动机有霍尔传感器时可由微型控制器简 单执行.在这种情况下,霍尔传感器信号的每次变化都将触发下一个换向. F2 MC-8FX 家族 MB95200 系列 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

4 3.2 系统结构 下图是一个简单 BLDC 电动机控制系统的硬件结构图.它包括一个 MCU、一个电源模块和一个 BLDC 电动机. MCU 通过六个驱动信号控制电源模块.电源模块是一个全桥变换器,可把 DC 电源传送到三相 BLDC 电动机. 图4. BLDC 电动机系统的硬件结构图 根据第 3.1 节简单的控制原理中的分析,我们需要输出六步驱动电压.以下是六步驱动的波形图. 六个 MCU 驱动引脚分别为 PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L、PWM3H、PWM3L.我们只需要根据图中的顺序 输出驱动信号. MCU 根据图中的顺序产生驱动信号后,相U、相V、相W从电源模块输出电压到电动机. 图5. BLDC 电动机的驱动波形 F2 MC-8FX 家族 MB95200 系列 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

5 4 附加信息 如欲了解有关 Cypress MB95200 产品的更多信息,敬请访问以下

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6 文档修改记录 文档标题:AN205563 - F?MC-8FX 家族 MB95200 系列

8 位微控制器 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 文档编号:002-05781 修订版 ECN 变更者 提交日期 变更说明 ** ― HUAL 03/04/2009 初稿 09/04/2009 根据文档反馈修改 *A

5351056 HUAL 07/14/2016 已将 Spansion 应用手册《MCU-AN-500016-Z-12》转换成 Cypress 格式. F2 MC-8FX 家族 MB95200 系列 BLDC 电动机的基本原理和简单控制 www.cypress.com 文档编号:002-05781 版本*A

7 全球销售和设计支持 赛普拉斯公司拥有一个由办事处、解决方案中心、厂商代表和经销商组成的全球性网络.如果想要查找离您最近的办事处,请访 问赛普拉斯所在地. 产品 ARM ? Cortex ? 微控制器 cypress.com/arm 汽车级 cypress.com/automotive 时钟与缓冲器 cypress.com/clocks 接口 cypress.com/interface 照明和电源控制 cypress.com/powerpsoc 存储器 cypress.com/memory PSoC cypress.com/psoc 触摸感应 cypress.com/touch USB 控制器 cypress.com/usb 无线/射频 cypress.com/wireless PSoC? 解决方案 PSoC

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