電機驅動/控制方案 Motor Control Electronic Systems

軟硬體設計服務 Software & Hardware Design services

Motor Control Electronic Systems
電機驅動/控制方案

x馬達驅動器涵蓋廣泛應用,各應用都有不同功率要求,以及需要滿足的特性,例如速度、傳動、扭矩控制,位置或速度調整是控制系統必須管理的一些要求。為了因應市場的這些應用要求,開發者面臨著越來越大壓力,需要進一步提高設計效率,以便能夠在競爭激烈市場中脫穎而出,例如,可以透過降低總能耗和最佳化熱管理來實現高設計效率。馬達主要功能是開關,需要在極其正確的時間透過馬達繞組施加電流。開關是由微控制器或數位訊號處理器(DSP)上的演算法進行控制,馬達控制演算法通常非常複雜,因為它們必須在不同發動機負載條件下做出正確開關決策

直流無刷(BLDC)與伺服馬達

結構簡單耐用的直流無刷(BLDC)馬達可廣泛應用於自動化技術領域,無需電刷和整流子的電動機,根據轉子永久磁鐵位置調整定子電流以產生轉矩,另一方面,伺服馬達是一個機電系統,配備有機械元件和用於驅動的回饋電子裝置,它需要一個適當控制系統來執行特定操作

高可靠性: 
為了保護馬達驅動IC不受異常電壓和電流的影響,馬達驅動器需要具備充分的保護功能,如防止因電源電壓降低而引起誤動作的功能等。另外還要求搭載在馬達啟動時或強制停止和堵轉時,控制馬達電流的電流限制功能,以及將故障狀態輸出到外部主機處理器的功能,以確保安全性。

低功耗、高效率:
為了降低馬達的功耗,需要低功耗的功率元件和驅動技術。例如透過使用自動進角調整功能等,可在從低速旋轉到高速旋轉的大範圍轉速區間內,獲得非常高的效率。

 

靜音、低振動:
對於馬達工作時的雜訊和振動而言,驅動波形的最佳化非常重要。這就需要根據各領域的用途,選擇最適合各種馬達激磁驅動技術。比如無刷直流馬達驅動器的最佳激磁模式(120度、150度、正弦波)、風扇馬達驅動器的緩啟動技術、步進馬達驅動器的電流衰減方式等。

控制、便利性:
透過FLL(速度控制)和PLL(相位控制)實現的馬達數位旋轉控制技術,以及致動器要求的高精度定位控制技術等高效驅動控制演算法,透過將已進行硬體邏輯處理的控制演算法應用在驅動IC上等,實現設計人員可輕鬆利用的高效驅動控制演算法。另外,驅動IC間的相容性可提高便利性。當在研發過程中規格發生變化時,可在不更改馬達驅動控制電路板模式的情況下進行替換。

馬達驅動控制系統

馬達驅動控制系統的發展,大致上可簡單歸納為純量控制法 (Scalar Control) 與向量控制法 (Vector Control) 兩種。

傳統的永磁同步馬達控制法主要為純量控制法,而純量控制即為電壓頻率控制法(V/F Control),也稱為變壓變頻控制 (Variable Voltage Variable Frequency Control, VVVF) ,其基本原理乃是變頻控制,根據轉速命令調整輸出頻率,為保持馬達磁通一定量獲得最高運轉效率,也必需同時調整輸出電壓大小,此控制方法雖然可以達到轉速與轉矩控制之目的,但有啟動轉矩小、響應速度慢、精確度差、容易受負載所影響等問題的產生。

向量控制法則包含了磁場導向控制法(Field Orient Control, FOC),解決了傳統純量控制法的缺點,使得交流馬達伺服系統得以擺脫傳統的電壓頻率(V/F)控制,而能採用更精確,更具效能的向量控制法則,可以使得交變電流的馬達等效如直流馬達控制方式,因此獲得如同直流馬達一般簡易的操控概念,且由於電力電子技術以及積體電路的蓬勃發展,致使馬達伺服系統整體的性能不斷地提升。

多年來威力暘專注於馬達驅動控制器開發,同時也專注於應用方案開發,提供數個不同應用的軟硬體參考設計,可加速客戶的設計開發週期,短時間即可完成開發將產品上市,現階段關於電機驅動/控制的開發提供服務如下:

馬達驅動系統設計:

使用Top-down設計模式,配合電腦模擬工具最佳化馬達、電力電子電路與驅動軟體的馬達驅動系統。為客戶設計最先進的馬達控制演算法,根據客戶需求和應用,挑選最適合的高效率、低成本單相/三相無刷馬達驅動器設計方案。

 

電力電子系統設計最佳化:

試誤法(trial-and-error)仍然為許多製造商所採行的方法,而威力暘提供了Top-down設計方法,可為客戶現有產品作建模與整體系統分析服務,可協助客戶使用系統性的方法設計電路系統擁有極高的可靠度與能效表現。

 

機電整合系統設計:

典型的機電整合系統,如泵(PUMP),不管是油泵、氣泵還是水泵,皆為馬達結合流體機械的複合體,威力暘使用理論工具與電腦模擬軟體為泵作整體的設計,並配合試作測試,可為泵產品作成本、性能、效能最佳化設計。

 

演算法設計:

威力暘提供馬達控制演算法設計服務,如六步方波、弦波、向量控制驅動演算,驅動設計如永磁馬達速度估測技術(PM Sensorless)或是磁阻馬達速度控制演算法設計,或是為客戶最佳化現有之控制演算法。