先进节能直流无刷电机控制器

通正弦PWM
仅依靠3个霍尔零件无法顺利产生正弦波相电流控制信号，必须整合高分辨率的位置编码器来辅助霍尔零件，以取得更精确的位置信息，如此方能产生所需的正弦波。但位置编码器的高成本却不是一般应用所能接受的，空间向量调制应运而生。

空间向量调制PWM（SVPWM）也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用控制器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定控制器的开关，形成PWM波形。此法从无刷电机的角度出发，把控制器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使直流无刷电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。

具体方法又分为磁通开环方式和磁通闭环方式。磁通开环法用两个非零向量和一个零向量合成一个等效的电压向量，若采样时间足够小，可合成任意电压向量。此法输出电压比正弦波调制时提高15％，谐波电流有效值之和接近最小。磁通闭环方式引入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度。在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM波形。这种方法克服了磁通开环法的不足，解决了直流无刷电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的震动和噪声。

在飞兆半导体产品中，有一系列无刷电机应用参考电路。其中，控制单元(Motor Control IC)-FCM8201/02具备着方波/弦波两种驱动方式，可依不同产品用途择一使用及多种保护功能，有别于一般MCU单元需要软件撰写的能力方能设计使用，降低开发技术门槛，并可大幅的缩短厂商产品开发量产时程。其他的如飞兆半导体智能功率模块 (SPM) (IGBT/MOSFET,HVIC)、PFC、电源管理IC等，飞兆半导体皆可快速提供完整的方案。

在不同的应用场合及产品中，方波驱动具有低切换损失以及不需要精确的转子反馈等优点。但随之而来的是转矩脉动较大，较适合在大能量输出场合使用。如载具、泵、工具机、工业用风扇及室外型产品。

弦波驱动无刷电机有运转平顺及无震动、无噪声的优势，较适合场合:吸尘器、空调、冰箱、洗衣机、洗碗机、家用风扇等家用产品。

家用风扇
无叶风扇、空气循环扇、一般家用落地扇、台扇、吊扇……追求的要点是室内空气循环，搭配空调增加效率、自然风、静音，已经跳开以往直吹的观念，追求的是更加舒适的生活。以往交流电机要达到相同的功能及效率需要付出额外的控制线路及电机材料、体积提升因此成本结构会大幅增加。直流无刷电机在具备效率及生产优势上，且具有控制单元很容易将智能功能加入来达到舒适家居生活的目的。

图3

为了避免通过的电流量不堪负荷，造成芯片的损坏，并有更好的保护功能，FCM82XX系列内置OCP(Over Current Protection)的设计回路。目的是让过电流的情况下，芯片还能够受到完整的保护。

过电流保护
FCM8201/02提供三阶段的过电流保护。

第一阶段称过载电流保护(Over-load Current Protection) ，保护动作的门槛电压(VOCP_OL)为1.4V。第二阶段为PWM每一周期的电流保护(Cycle-by-cycle Current Protection)，保护动作的门槛电压(VOCP_CYC)为1.5V。最后阶段则是短路电流保护(Short Circuit Current Protection)，保护动作的门槛电压(VOCP_SH)为2.5V。

图4

结论
在这个电力缺乏与环保意识抬头的年代，降低核能发电已是所有人共同努力的目标，对于高效能电机驱动的需求也逐渐被社会大众所接受，当然电机控制芯片的设计要求也越来越高。比如，BLDC或PMSM电机的无传感器、霍尔传感器以及高阶电机驱动器的无传感器与PFC都是未来的发展趋势。提供完整的设计方案与仿真软件，除了可以简化开发的时程，还能将电机驱动达到最优化的效率，才能有效的缩短产品上市的周期。