使用传感器正弦 PWM 进行 BLDC 电机控制

本应用笔记介绍了用于以正弦 PWM 调制模式控制三相无刷 BLDC 电机的 Z16FMC 微控制器。它讨论了实现正弦 PWM 调制以及与霍尔传感器反馈的相位角同步的方法。

特征

该 Z16FMC 应用代码的节能功能包括：

电机启动平稳，启动电流降低

3 霍尔传感器反馈正弦 PWM 调制

基于微控制器的过流保护

可调速度和电流（频率和正弦幅度）

可选择控制电机方向

用于 PC 控制的 UART 接口

LED 指示电机运行

LED 指示 UART 控制

LED 指示故障情况

图 1 显示了 Z16FMC 微控制器架构的框图：

 

讨论

该正弦 PWM 驱动器的 Z16FMC 系列闪存微控制器基于 Zilog 先进的 16 位 ZNEO CPU 内核。ZNEO CPU 设定了性能和效率的标准，在 20MHz 下具有高达 20MIPS 的性能。它支持 16 位内部总线宽度，并提供近单周期指令执行。

CPU 可以访问高达 128 KB 的内部闪存（ 16 位），以提高处理器吞吐量。高达 4 KB 的内部 RAM 可存储数据、变量和堆栈操作。

与块换向 PMSM 电机驱动方法相比，PWM 正弦操作具有一定的优势，显着的是其较低的电气噪声和较低的声学噪声特征。相比之下，块换向方法会导致 PMSM 电机线圈出现剧烈的电流转换，本质上是在换向之间打开和关闭电机的相绕组。PWM 正弦方法不会在电机线圈中产生这些严酷的电流转换，因为电流和相电压本质上是正弦的。然而，通过正弦 PWM 方法运行的电机通常比块换向电机的运行效率更高。

速度控制时间戳

16 位定时器的捕获功能可用于获取霍尔传感器电气计时周期的时间戳。在预定义的霍尔状态下，读取异步操作定时器，并使用 PI 闭环控制将其值与计算出的速度参考值进行比较。

集成运算放大器

家电控制器几乎总是通过使用传感器和无传感器技术与 ADC 结合检测流经电机绕组的电流来监控电机速度。通常，ADC 的采样实例由 MCU 同步。在这个过程中，通常需要使用外部运算放大器将电流信号转换为电压信号；接下来，ADC 对电压信号进行采样，并将结果输出到处理器。然后处理器合成 PWM 输出来控制电机速度。对于 Z16FMC 系列微控制器，片上集成运算放大器无需外部组件，从而降低了总体系统成本。

多通道 PWM 定时器

每个 Z16FMC MCU 均具有灵活的 PWM 模块，该模块具有三个互补对（或六个独立的 PWM 输出），支持死区操作和故障保护跳闸输入。这些功能为各种电机类型提供多相控制能力，并通过在故障情况下立即关闭 PWM 引脚来确保电机的安全运行。