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隨sui著zhe節jie能neng成cheng為wei全quan球qiu範fan圍wei關guan注zhu的de焦jiao點dian，電dian機ji設she計ji的de能neng效xiao也ye日ri益yi成cheng為wei一yi個ge引yin人ren關guan注zhu的de問wen題ti。電dian機ji驅qu動dong產chan品pin不bu斷duan配pei合he行xing業ye發fa展zhan的de趨qu勢shi，幫bang助zhu設she計ji人ren員yuan提ti升sheng能neng效xiao、降低能耗、提高可靠性、減少元件數量等等，同時更智能、更安全、更綠色環保也成為今日電機發展的主題。
節能趨勢對電機驅動的新要求包括幾個方麵，其一，能效是由所選擇的電機技術及電機結構決定的，因Class.asp?ClassId=12950">驅動器的功耗降至最低並提高能效的驅動電路。其三，要通過提升電機驅動智能來實現優化的能耗方案。
前兩天，本博客中介紹了TI 通過嵌入式智能技術提升電機效率的解決方案。今介紹富士通半導體的電機180度變頻核心控製算法采用空間磁場定向控製，可把電流分解為轉矩和磁場分別進行獨立控製的方法。以下為此文內容。
在家電應用方麵，180度電機控製可以說是一種最先進的控製方案。許多家電廠商都在設計開發和生產這類變頻產品，在節能、靜音及低顫動方麵得到了體現。
能源效率需求使然
目前市場上對於家用電器，如空調、冰箱、洗衣機等一般要求具有低噪聲、低損耗、省電節能的特征，因此，類似的這些場合對於電機的要求也趨於需要更大的功率密度、更高的效率和更好的控製性能的無刷直流電機進行調速。
無刷直流電機分為方波控製（120°控製）的無刷直流電機（BLDC）和正弦波控製（180度控製）的永磁同步電機（PMSM）。在小功率電機範圍內，180度電機控製具有噪聲低、效率高的優點。目前市場上最先進的180度控製技術是基於磁場定向矢量的變頻技術，FOC（磁場定向）矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)產(chan)生(sheng)矢(shi)量(liang)形(xing)式(shi)相(xiang)電(dian)壓(ya)，用(yong)來(lai)控(kong)製(zhi)定(ding)子(zi)電(dian)流(liu)，其(qi)控(kong)製(zhi)原(yuan)理(li)是(shi)通(tong)過(guo)一(yi)定(ding)的(de)坐(zuo)標(biao)轉(zhuan)換(huan)可(ke)以(yi)對(dui)磁(ci)通(tong)和(he)轉(zhuan)矩(ju)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)，實(shi)現(xian)電(dian)流(liu)和(he)轉(zhuan)速(su)的(de)雙(shuang)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)，可(ke)以(yi)在(zai)不(bu)產(chan)生(sheng)大(da)流(liu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)。
不難看出，180度電機控製的前景比較好，盡管變頻電機控製成本比較高，但是它的高性能、靜音、低損耗，為它的有利推廣提供保駕護航的條件，越來越多的家電製造商，開始關注和投資180度電機控製，用以提高家電電器效率和降低噪音。
富士通變頻方案曆史悠久
記得還在學校時，就聽說富士通半導體有變頻方案，現在才有了更深的了解。早在1998以前，富士通半導體就開始涉足變頻電機控製技術。那時是空間矢量PWM技術，用於三相異步電動機，產品有AC逆變器用微控製器MB89855、MB90560/460。
1998以後，采用120度傳導霍爾傳感器和120度傳導傳感器的直流無刷電機開始用於室外機散熱風扇，以及直流變頻電機，典型微控製器有MB90460和MB90560，這些產品在今天仍在廣泛使用。
進入21世紀，無刷直流電機/永磁同步電機電機開始普及，富士通半導體開發了用於采用180度傳導霍爾傳感器應用的MB91260、MB91470微控製器，以及180度傳導分流傳感器應用的低成本、低噪聲高性能直流變頻用微控製器MB91260、MB91470和MB91490。
2010年後，富士通半導體又推出了180度傳導分流傳感器高性能直流逆變器用基於ARM Cortex-M3的FM3係列微控製器MB9BF104，標誌著其變頻方案進入了一個新的階段。
富士通半導體的變頻驅動控製采用自主知識產權的算法，實現了高、低頻穩定控製、PFC控製、弱磁控製和轉矩補償等功能。近年來，針對馬達控製市場，富士通半導體還開發了最新的支持多路直流馬達控製、直流無刷馬達控製或120度變頻控製的8位微控製器MB95330係列。利用評估板和馬達控製軟件驅動文件，簡化了客戶對馬達控製的開發。
獨特算法優勢更多
富士通半導體的電機180度變頻核心控製算法采用空間磁場定向控製方案，可把電流分解為轉矩和磁場分別進行獨立控製；空間矢量PWM（SVPWM）模式通過PWM開關信號產生360度正弦波電壓；比例積分（PI）調節器通常在工程控製中使用，它可以通過誤差反饋來調整修正值，實現電流和轉速無差控製；坐標軸變換可以使三相電機信號轉換兩相垂直信號，靜止坐標信號轉換成旋轉信號；位置及速度測算可以輸入電機實時電流和電壓，實時計算電機反電壓，並可實時計算轉子位置和轉速；其他先進功能還包括：鎖相環糾正位置信號、低頻轉矩補償、高頻弱磁控製和交流輸入功率因數糾正。
下圖是一個采用單芯片的180度雙電機控製方案，其微控製器可以連接濕度傳感器、溫度傳感器或其他傳感器，實現相應的檢測功能。兩個PWM輸出電機驅動控製信號發生器分別控製壓縮機驅動和室外風扇驅動，形成了一個完整的控製方案。
富士通直流變頻方案的核心是32位高速高性能微控製器，這些器件適合於變頻電機控製特性。它采用8/16位可編程脈衝發生器（PPG）定時器及多功能定時器實現輸入捕捉、輸出比較、A/D啟動比較、死區時間設置，還具有硬件波形發生器和硬件強製關斷PWM輸入等功能。微控製器的8/10/12位A/D轉換器中有2個單元（4通道X1單元；8通道X1單元），轉換時間僅1.0微秒 -1.2微秒。內置的硬件uDSP方便處理複雜運算，MAC（乘法累加）隻需1個機械周期。
這些先進算法和模式為180度直流變頻帶來了許多優點，可以使電機運行更安靜，震動更平穩，效率更高，電磁幹擾更小。它采用的2相電流檢測方法，使反饋更加安全可靠，支持三相永磁同步馬達和直流無刷馬達壓縮機驅動。
總之，有了這個方案，工程師就可以通過準確估算電機位置，使直流變頻電機可以快速穩定啟動，實現完美的正弦波電流波形，在5kHz載波頻率條件下實現1Hz至400Hz的電機驅動頻率。其最終結果是讓家電更加節能，惠及更多點消費者。
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