基于Microchip dsPIC33直流无刷水泵FOC方案

作者：时间：2022-08-23来源：大联大收藏

随着科技的发展人们的生活水平在不断的提高，汽车慢慢的也成为了生活的必需品。冷却系统是汽车发动机的重要组成部分。冷却系统工作状态直接影响汽车发动机使用寿命和燃油经济性。冷却系统部件主要包括：节温器、散热风扇和水泵等。水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中的循环流动。传统机械水泵由发动机皮带驱动，其转速直接与发动机转速耦合，不能有效匹配散热需求。电子水泵由ECU根据发动机实际工况动态调整转速，能够有限提高发动机使用寿命，降低发动机燃油消耗。随着汽车性能向着更安全，更可靠，更稳定，全自动智能化及环保节能的方向发展，新能源汽车的快速崛起，电子水泵市场前景广阔。

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汽车水泵作为汽车必不可少的组件之一，它不仅能保证汽车的正常运行，还能在很大的程度上保障发动机的使用寿命，所以对汽车水泵的不断优化与改进也是非常必要的。永磁同步汽车水泵的出现和应用，是汽车水泵技术的一次革命，一百多年以来汽车水泵一直是使用机械水泵和有刷电动水泵。

直流无刷电机的本体是由定子和转子组成，定子指的是电机在运行时固定不动的部分，主要是指定子绕组和定子铁心部分；转子包括永磁体、转子铁心和转轴等。高性能稀土永磁材料的问世，电力电子元件性价比的不断提高，以及微机控制技术的发展，使得基于磁场定向控制(FOC)的直流无刷电机的应用越来越广泛。FOC（Field-Oriented Control），也称矢量变频，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳选择。FOC精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。

FOC典型控制框图如下。为了得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈，首先需要采集电机相电流，对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦了的易用控制的反馈量。然后，根据反馈量与目标值的误差进行动态调节，最终输出3相正弦波驱动电机转动。

FOC 算法以与PWM 相同的速率执行。这样进行配置使得 PWM 可使用两个分流电阻器和一个电位器（用来设置电机的参考速度）来触发两个绕组的 A/D 转换。允许A/D 中断来执行该算法。下图显示了 A/D 中断程序的常规执行过程。

近些年Microchip 推出了专门适用于PMSM控制的dsPIC33系列MCU，集成多达6个高级电机控制PWM、12位ADC及运算放大器，并集成CAN/LIN控制器。高达100 MIPS的性能与DSP加速可执行高速控制算法，这个组合对于电机控制应用来说是理想之选。同时，dsPIC33器件为传感器提供了简便的接口，且抗噪性和可靠性均大幅提升。dsPIC33器件符合AEC-Q100第0级标准，能在高达150℃的环境下工作并保证运行稳健，尤其适合各种汽车应用。