BLDC/FOC无刷电机解决方案
发布日期:2024-01-19
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一个典型的 BLDC /FOC无刷电机解决方案通常包括四个部分：
01电机控制器：通常是由 MCU、DSP 等主控芯片负责，进行电机控制与算法处理，并根据来自BLDC电机的反馈信号做出响应，为栅极驱动提供 6 路 PWM 信号。
02栅极驱动：也被称为“预驱”，会根据控制器的输出信号，向功率器件的栅极施加电压并提供驱动电流。
03功率级：包含 MOSFET 或 IGBT 等功率器件，通过开关动作控制输出到 BLDC 负载上的功率，驱动电机运动。
04反馈回路：将 BLDC 电机的转速、位置、电流、电压，以及故障等信号，反馈给控制器，形成控制的闭环。
最传统，最成熟的驱动方案就是控制器、栅极驱动、功率级这三部分是分开的；也有将栅极驱动和功率 MOSFET 集成为 IPM 的。
现在较为主流的方案是将栅极驱动集成进控制器中，后面再接上功率 MOSFET 或者 IGBT 来驱动 BLDC。
还有一种将这三部分都集成了，做成一个 SoC，直接驱动 BLDC。
MCU+预驱+驱动的方式，这种方式的优点是灵活，IC 选择性高，可适应于各类大、中、小功率的控制器。对一般的 MCU 公司也最具有优势，主要应用在高压系统，或者是大功率系统上，因为大功率和高压应用，有散热和隔离的问题。缺点就是集成度低，PCBA 的面积比较大。
MCU+[预驱+驱动]也可以描述成 MCU+IPM，开发功率组件的国际厂商多半都有 IPM 的产品，让客户能简化电路板设计的复杂度，提升稳定性，也是早期特别成熟的驱动方式。它的优点是，集成度高、PCBA 面积较小。缺点是功率不能做得很大。
[MCU+预驱]+驱动，是目前较为主流的开发方向。它的优点是集成度比较高、MOSFET 可以灵活选择、适用于各类中小功率的控制器。缺点是由于预驱集成在 MCU 中，预驱的驱动能力和耐压做不高，无法适应大功率控制器。
SoC 方式的优点是对性能比较高的应用，常常用于塑封电机的设计；缺点是设计弹性比较差，如果需要更改驱动特性的话，就必须在 SoC 旁边增加一颗小 MCU，这不仅会增加元器件成本，更加会增加电路板的复杂度，这违背了化繁为简的发展思想。
BLDC 电机主控厂商目前有很多，根据分类的不同，有的企业这三种主控解决方案都有，有的只提供一两种解决方案。
比如TI基本上三种方案都有，ST 也有单 MCU 和 MCU+预驱的方式。国内的 BLDC 主控方案主要走的还是集成的方向，比如峰岹就是主要提供 MCU+预驱的方案。
从硬件层面来看，BLDC 电机控制的发展经历了从小规模模拟、数字电路于分离器件的控制器，发展到专用集成控制电路的控制器，再到 MCU，DSP 等解决方案的过程。
从软件算法层面来看，受控制理论和控制器件的限制，BLDC 电机一直采用经典 PID 控制，该控制方法可以使系统性能满足各种静、动态指标要求，但系统的鲁棒性不尽人意。
面对日益复杂的控制对象，进一步提高 BLDC 电机调速系统的快速响应性、稳定性和鲁棒性，智能控制算法受到关注，这包括模糊控制、神经网络控制、专家系统等。
智能控制系统具有自学习、自适应、自组织等功能，能够解决模型不确定性问题，非线性控制问题，以及其他较为复杂的问题。
而 BLDC 电机是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象，因此利用智能控制可以取得较为满意的控制结果。目前已经有一些较为成熟的智能控制方法应用在了 BLDC 电机控制。
比如模糊控制和 PID 相结合的 Fuzzy-PID 控制、模糊控制和神经网络相结合的复合控制、隶属度参数经遗传算法优化的模糊控制、单神经元自适应控制等等。
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