能效已成為衡量家用電器性能的一個重要參數(shù)，例如冰箱和洗衣機，以及建筑使用的電氣系統(tǒng)如空調(diào)壓縮機等。然而，傳統(tǒng)上使用的感應電動機通常運行于由電網(wǎng)頻率決定的某個固定速度上，比如說，為了保持一定的溫度，只是簡單的在開與關(guān)兩個狀態(tài)之間切換。這就導致了效率低下，并且往往選擇的電機比實現(xiàn)同樣目的所必需的電機體積更大、更重，也更昂貴。 [ALIGN=CENTER] 圖1：永磁同步電機（PMSM）等效電路 [/ALIGN] 然而，對電機進行變速控制，可在正常運轉(zhuǎn)的條件下選擇效率最高的運行速度。由于僅僅使用速度控制就可提高效率30%以上，設計工程師已熱衷于在下一代家電產(chǎn)品中使用變速電機驅(qū)動。 　　 速度控制的挑戰(zhàn) 　　 對于感應電動機的高性能變頻控制是有一定技術(shù)難度的。雖然已有多種開環(huán)和閉環(huán)的控制技術(shù)，但對轉(zhuǎn)矩進行高動態(tài)控制仍是非常困難的，因為轉(zhuǎn)子電流無法測量，而且轉(zhuǎn)子電路時間常數(shù)很大且不固定。 　　 與此相對的是，一旦知道了轉(zhuǎn)子位置，對同步電動機的轉(zhuǎn)矩控制則變得相當直接和容易實現(xiàn)。永磁同步電機（PMSM）的另一個優(yōu)點是，與同體積的感應電機相比，前者可獲得一個很高的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。這是因為永磁電機不需要轉(zhuǎn)子電流，具有比感應電機效率更高的內(nèi)在優(yōu)點。 但是，為測量轉(zhuǎn)子的位置角，設計者需要增加一個昂貴的旋變或者霍爾傳感器以測量軸的位置。過去，這些因素使變速驅(qū)動永磁同步電機的使用局限于高端的工業(yè)設備。直到最近，“無位置傳感器”控制使得變速驅(qū)動更加經(jīng)濟因而可以應用在家用電器當中。 　　 最早的無位置傳感器控制對電機繞組使用六步換向程序，通過檢測開環(huán)繞組的反電動勢估算轉(zhuǎn)子位置。這種方法可以實現(xiàn)魯棒的速度控制，但不能保證平滑的轉(zhuǎn)矩。首先，采用六步換向方法時，要想獲得平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，電機應具有梯形的反電動勢，而不是通常的正弦波。其次，更大的問題在于，當電流在換向過程中切換入相隔的繞組時，會引入轉(zhuǎn)矩擾動。這個問題在高速時尤為嚴重，因為電機的反電動勢會延緩流出繞組的電流下降速度，并抑制流入繞組的電流快速升高。轉(zhuǎn)矩擾動可在風扇、洗衣機、水泵及空調(diào)設備中產(chǎn)生明顯的噪聲， 因為電機轉(zhuǎn)矩中的高次諧波容易引起系統(tǒng)的機械共振。盡管如此，這種控制器由于實現(xiàn)簡單，仍可在不需要平滑轉(zhuǎn)矩控制的場合使用。 　　 改進的無位置傳感器算法 　　 另外一種無位置傳感器控制方案在近些年較受歡迎，這緣于高性能的DSP和基于RISC控制器的持續(xù)降價，使得更加復雜的控制算法得以實現(xiàn)。采用“電流型無傳感器”控制器使得永磁同步電機可由正弦電流和電壓驅(qū)動，并基于測得的電機電流估算轉(zhuǎn)子位置。六步換向控制器方法帶來的音頻噪聲得到消除，同時該算法有效獲得了平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩。 我們以International Rectifier （IR，國際整流器公司）采用的轉(zhuǎn)子位置估算算法為例，該算法基于圖1中所示的永磁同步電機的簡易模型。這個算法應用了電機繞組反電動勢為轉(zhuǎn)子角度的正弦函數(shù)這個原理。圖1所示模型中，首先測量定子電壓下流入定子線圈的電流，并計算出反電動勢。為提取出轉(zhuǎn)子角度，將這些反電動勢項積分計算轉(zhuǎn)子磁鏈，這是一個獨立于轉(zhuǎn)速的函數(shù)，進而精確地估算出轉(zhuǎn)子的角度。 　　 采用DSP或RISC實現(xiàn)這種算法的缺點，是需要進行冗長且容易出錯的編程，這樣就使驅(qū)動設計小組增加了軟件開發(fā)任務，導致項目復雜化，需要額外且代價高昂的工程技巧和經(jīng)驗。 　　 算法的硬件移植 　　 為減少編程的時間和成本，IR已經(jīng)將它的算法硬件化，作為專用芯片組的一部分。該芯片組分別集成了一個可工作的完整PMSM調(diào)速驅(qū)動器所需的周邊控制和功率半導體器件，還包含了三相逆變器驅(qū)動IC和高電壓電流傳感IC，以提供數(shù)字控制IC和功率部分之間的必要鏈接。 　　 由于取消了軟件代碼的工作量，這種基于硬件的方案可使變速驅(qū)動器占領(lǐng)中低端家電市場。 　　 可定制的硬件平臺 　　 IR的角度估算技術(shù)是控制算法的關(guān)鍵，但要實現(xiàn)圖2框圖中所示的控制系統(tǒng)還需要很多其他技術(shù)。該控制器包括一個提供參考轉(zhuǎn)矩的外部速度環(huán)和一個控制繞組電壓的內(nèi)部電流環(huán)。這個定子電流環(huán)使用磁場定向控制技術(shù)（FOC）在旋轉(zhuǎn)坐標系中實現(xiàn)。 　　 一個隨著轉(zhuǎn)子角度變化而變化的旋轉(zhuǎn)矢量可將定子電流變換為兩個正交的直流分量ID 和IQ。IQ電流是正交于轉(zhuǎn)子磁通的分量，也是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量。IQ的參考輸入值取自速度環(huán)的輸出。ID電流方向平行于轉(zhuǎn)子磁通，是加強或抑止轉(zhuǎn)子磁通的電流。在大多數(shù)速度范圍內(nèi)通常將ID設定為零，但是，如果需要擴展到恒功率速度范圍，則可以調(diào)整ID以削弱轉(zhuǎn)子磁通（弱磁運行）。 　　 IR的運動控制引擎（ＭＣＥ），如圖３，將這些算法集成進一個單片IC。片上集成了一個交流電機控制庫以及其他一些通用的組件，包括模擬量輸入和空間矢量ＰＷＭ控制，便于進行快速和直接的配置。這樣，控制系統(tǒng)的開發(fā)人員可使用圖形化的工具從庫中拉出合適的組件進行系統(tǒng)設計，通過圖形編譯器將系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)化為運動控制引擎的一系列指令，以正確的順序聯(lián)結(jié)各個硬件宏模塊，以實現(xiàn)某個控制算法。 　　 總結(jié) 　　 將系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)化為運動控制引擎的一系列指令，以正確的順序聯(lián)結(jié)各個硬件宏模塊，以實現(xiàn)某個控制算法。 　　總結(jié) 　　取消恒速感應電機而使用更小、更便宜的永磁同步電機，以更加有效、更加有利于環(huán)境的方式實現(xiàn)變速，這個前景使工程師們看到了巨大的機會。無位置傳感器的控制算法提供了一個低硬件成本的上乘的解決方案，但該算法一般要在DSP或RISC上面運行，對開發(fā)者而言需要掌握相當全面的軟件設計技術(shù)。 　　一種基于專用的無位置傳感器控制器IC并集成了運動控制引擎（MCE）的新設計平臺可滿足設計者的需求。MCE包含了實現(xiàn)閉環(huán)無位置傳感器正弦控制所需的所有控制元件，這使得設計師可以采用最先進的技術(shù)，來滿足法規(guī)和消費者對下一代風扇、水泵、空調(diào)和家用電器提出的更高效率的要求。 取消恒速感應電機而使用更小、更便宜的永磁同步電機，以更加有效、更加有利于環(huán)境的方式實現(xiàn)變速，這個前景使工程師們看到了巨大的機會。無位置傳感器的控制算法提供了一個低硬件成本的上乘的解決方案，但該算法一般要在DSP或RISC上面運行，對開發(fā)者而言需要掌握相當全面的軟件設計技術(shù)。 　　 將系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)化為運動控制引擎的一系列指令，以正確的順序聯(lián)結(jié)各個硬件宏模塊，以實現(xiàn)某個控制算法。 　　總結(jié) 　　取消恒速感應電機而使用更小、更便宜的永磁同步電機，以更加有效、更加有利于環(huán)境的方式實現(xiàn)變速，這個前景使工程師們看到了巨大的機會。無位置傳感器的控制算法提供了一個低硬件成本的上乘的解決方案，但該算法一般要在DSP或RISC上面運行，對開發(fā)者而言需要掌握相當全面的軟件設計技術(shù)。 　　一種基于專用的無位置傳感器控制器IC并集成了運動控制引擎（MCE）的新設計平臺可滿足設計者的需求。MCE包含了實現(xiàn)閉環(huán)無位置傳感器正弦控制所需的所有控制元件，這使得設計師可以采用最先進的技術(shù)，來滿足法規(guī)和消費者對下一代風扇、水泵、空調(diào)和家用電器提出的更高效率的要求。 一種基于專用的無位置傳感器控制器IC并集成了運動控制引擎（MCE）的新設計平臺可滿足設計者的需求。MCE包含了實現(xiàn)閉環(huán)無位置傳感器正弦控制所需的所有控制元件，這使得設計師可以采用最先進的技術(shù)，來滿足法規(guī)和消費者對下一代風扇、水泵、空調(diào)和家用電器提出的更高效率的要求。