淺談BLDC與PMSM二者的區(qū)別

電子發(fā)燒友網報道(文/李寧遠)PMSM全稱是permanent magnet synchronous motor，也就是永磁同步電機。電機控制的本質是控制轉速和扭矩，PMSM就是利用磁場產生轉矩。在低能效電機漸漸滿足不了各項需求的今天，高能效電機完成對低能效電機的替代已經是大勢所趨，高能效電機也就是我們熟知的無刷直流(BLDC)與永磁同步(PMSM)。

BLDC與PMSM二者最明顯的區(qū)別在反電勢上，當一臺電機設計完成后，其反電勢就確定了。我們可以將反電勢理解成電機的特征碼，通過確定反電勢的波形和大小，可以輕而易舉地區(qū)分電機類型與大小。因為BLDC與PMSM的定子繞組設計的差異，造成了兩種高能效電機的反電勢不同，這里就不展開了。除此之外，PMSM電機與BLDC電機的區(qū)別在各種電機應用方面都并不大，兩者之間可以也能互相替換。如果一定要區(qū)別開，那PMSM更偏向于是高精度定速驅動的理想選擇，非常適用于直接驅動大馬力、低轉速的負載。

PMSM的特性不難看出它的控制系統(tǒng)會復雜些，較為常見的PMSM電機控制系統(tǒng)主要由驅動器、主控制器及各種傳感器等組成。盡管結構不同，但所有三相永磁電機(BLDC、 PMSM或PMAC)都是由PWM調制的三相橋(三個半橋)驅動， 以便為電機提供可變頻率和幅值的三相電壓、電流。PMSM電機的控制要求主控芯片不僅有強大的電機控制專用外設，而且需要很強的實時性能。

英飛凌Audo-MAX系列

TC1782/84是英飛凌旗下的Audo-MAX系列MCU產品，是一款哈弗架構且有非對稱雙核(主核Tricore和外設控制協(xié)處理器PCP)的高性能32位MCU。TC1782/84將復雜的DSP功能和高端微控制器的優(yōu)勢結合在了一起，其時鐘頻率為133/180 MHz。并內置浮點運算單元FPU，DSP算法指令，2.5M字節(jié)FLASH，176K字節(jié)RAM。

這個系列使用專用外設控制處理器(PCP)用來管理片上外設，將TriCore從繁復的標準處理任務中解放出來。其展現(xiàn)出的卓越的實時性能、強大的處理能力、完全集成的DSP功能以及單精度浮點單元，完全匹配到了PMSM的主控需求。

值得一提的是，TC1782/84采用了具有數(shù)字信號濾波器和定時器功能的通用定時器陣列和本地定時器單元，用于實現(xiàn)復雜I/O信號，也就是我們常說的GPTA。配合4通道的ADC，這個系列在死區(qū)控制和PWM控制上也不賴。

Trinamic MotionCookie系列

Trinamic的產品是有關電機的文章里的常客了，這次講的TMCC160是Trinamic MotionCookie系列中的一款。TMCC160是一款老產品了，在今年Trinamic宣布其將停產。但在TMCC160剛剛推出時，作為首款片載系統(tǒng)PMSM/BLDC控制芯片，它表現(xiàn)得可謂十分亮眼。

TMCC160在一個12mm*17mm的芯片內部集成了電機的預驅動，微控制和操縱系統(tǒng)。高度集成的芯片只需要增加外部功率就可以實現(xiàn)一個完整的伺服電機控制系統(tǒng)。具體一點就是集成了高效的先進的換向算法、門驅動器、不同的接口選項以及產生數(shù)字電源、測量和診斷功能。

為了避免在電機減速時電源過調，TMCC160提供一個制動斬波器輸出，可以連接到一個低側n通道MOSFET。制動斬波器的占空比還能根據(jù)電源電壓進行自動控制。而對于需要高定位精度和低速平穩(wěn)運行的應用，電機編碼器的配置必不可少。TMCC160支持增量ABN編碼器，分辨率高達16000行。另外對于對定位精度和速度要求降低的應用，霍爾傳感器一直是最經濟有效的選擇，而該PMSM也已經囊括了用于換向的霍爾傳感器。

作為世界上首款集成了MCU和操作系統(tǒng)的伺服控制芯片，TMCC160在今年也向大家說了再見。

TI C2000 TMS320F2833X系列

C2000系列，TI的經典系列。雖然很難界定這個系列到底屬于MCU還是DSP，但C2000的可擴展、超低延遲不需要過多介紹，在電機控制里這個系列是硬通貨。在PMSM上今天介紹的是TMS320F2833X。

TMS320F2833x能夠通過減少系統(tǒng)組件實現(xiàn)用于三相電機的智能控制器的成本有效設計，能在片上實現(xiàn)FOC等數(shù)字矢量控制算法。在PMSM上實現(xiàn)FOC控制是一件成本極高的事情，遠超在BLDC上實現(xiàn)FOC的成本。因此這個系列帶來的優(yōu)勢以及低成本誘惑還是非常具有吸引力的。

首先，計算能力是必需的。TMS320F2833x具有執(zhí)行復雜控制算法所需的計算能力，以及與 DMC硬件的不同組件對接的正確混合外設，例如ADC，增強型脈寬調制器 (ePWM)，正交編碼器脈沖(QEP)，增強型捕捉(ECAP)等等。另外，DMC庫提供可被重新使用來執(zhí)行全新控制策略的可配置塊，IQMath庫則可實現(xiàn)浮點算法到定點的輕松遷移，大大縮短開發(fā)周期。

從TMS320F2833x整體來看，在PMSM應用上，它通過強大的計算能力運行控制算法，大大減少了轉矩紋波，表現(xiàn)出來的是電機更低的振動與更長的使用壽命;同時先進的控制算法減少了反相器生成的諧波;使用ePWM外設生成了更高分辨率的PWM。

拋開內核的參數(shù)指標，僅僅從其給出的FOC控制，TMS320F2833X就已經足夠讓PMSM設計變得更簡單。

小結

PMSM驅控芯片在低成本應用上目前就是打價格戰(zhàn)，應用稍微往高一點就開始對性能要求，對功能可擴展性要求開始變高。從目前的形勢來看，單芯片方案仍然是國產電機最常見的。

原文標題：從內核性能到功能集成，PMSM驅控能力又進一步

文章出處：【微信公眾號：電子發(fā)燒友網】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯:湯梓紅