國科會產學計畫研究成果


無刷直流馬達無感測控制IC

Brushless DC Motor Sensorless Control IC

計畫編號:NSC90-2622-E009-002

主持人:鄒應嶼 博士 交通大學電機與控制工程系 教 授

研 究 團 隊

產學計畫  

計畫編號

執行單位

主 持 人

協同主持人

協同主持人 

行政助理 

工 程 師 

博士研究生

碩士研究生

碩士研究生 

無刷直流馬達無感測控制IC之研製

NSC90-2622-E009-002 

交通大學電力電子與機電控制實驗室

鄒應嶼 教 授

董蘭榮 助理教授

黃弘一 助理教授

陳芷筠

徐金鋒、左仲先

鄭光耀、江宗錫
王振宇、林穎燦、吳至鴻、黃如萱

蔡逸凡、陳宥霖

研 究 成 果

   新型光碟機伺服系統的架構圖

   DSP/CPLD數位馬達控制IC發展平台

   無刷直流馬達無感測換相控制IC

   可程式無刷直流馬達無感測控制IC

 

旺宏電子:第二屆金矽獎設計組佳作獎

新型光碟機伺服系統的架構

新型光碟機伺服系統的架構圖

無刷直流馬達控制IC的電路架構

      本計畫發展的無刷直流馬達的控制架構具有兩種控制模式,採用霍爾元件的標準模式,或是不需採用霍爾元件的無感測模式(sensorless mode)。為了建立晶片設計的流程與環境,本階段先設計標準模式的無刷直流馬達控制晶片,第二階段發展無感測模式控制晶片,第三階段則再加入I2C通訊介面並進行控制晶片的改善設計工作。

      圖5所示使本計畫所提出的無刷直流主軸馬達控制IC的電路架構,此規劃設計之IC以類比與數位混合模式設計為主,採用霍爾元件之回授信號進行換相控制,此IC亦包含數位式之電流與速度控制迴路。
   

無刷直流馬達無感測控制架構

無刷直流馬達無感測控制架構

無刷直流馬達控制IC的電路架構

      本計畫發展的無刷直流馬達的控制架構具有兩種控制模式,採用霍爾元件的標準模式,或是不需採用霍爾元件的無感測模式(sensorless mode)。為了建立晶片設計的流程與環境,本階段先設計標準模式的無刷直流馬達控制晶片,第二階段發展無感測模式控制晶片,第三階段則再加入I2C通訊介面並進行控制晶片的改善設計工作。

      圖5所示使本計畫所提出的無刷直流主軸馬達控制IC的電路架構,此規劃設計之IC以類比與數位混合模式設計為主,採用霍爾元件之回授信號進行換相控制,此IC亦包含數位式之電流與速度控制迴路。
   

無刷直流馬達換相控制IC的設計

BLDCM換相控制IC的腳位規劃

FEATURES

Programmable digital commutation control for BLDC motors
PWM pulse-by-pulse current limiting to protect motor and Power MOSFET drivers
Programmable dead time compensation
Programmable commutation sequence control
Digital commutation compensation
Programmable PWM generation upto 500 kHz
High sampling frequency for back emf estimation upto 100 kHz
Frequency Generator (FG) of the commutation signals for speed control
Control the BLDC motor as a DC motor
External Hall sensor bias control

BLDCM無感測控制IC的腳位規劃

BLDCM無感測控制IC的腳位規劃

FEATURES
Proprietary back-emf sensing speed estimation commutation technique for motor commutation without hall effect sensors
PWM pulse-by-pulse current limiting to protect motor and FET drivers
Stand-alone operation; motor starts and stops with power applied to the IC
Soft-start function limits start-up current
PWM speed control for efficiency and minimum FET sizing
Onboard under voltage lock out and power fail detection
Tach output senses commutation of the motor

未 來 發 展

       由於無刷直流馬達具有許多良好的特性,同時特別適合小型資訊與家電產品的應用,因此無刷直流馬達控制IC具有廣大的市場應用價值。雖然目前市面上已有一些商品化的無刷直流馬達控制晶片,但多以類比技術實現,本研究發展之混和式無感測無刷直流馬達控制IC具有可可規劃功能的優點。本階段之研究,已完成無刷直流馬達混合式換相控制IC的設計,並於2001年11 月向國科會晶片製作中心(CIC)申請『無刷直流馬達換相控制IC』的製作,獲得審查通過,2001年3 月取得設計的晶片,2001年6月通過初步測試,將進行進一步的系統整合測試與性能改善工作。

PEMCLAB的相關研究成果

[1] 鄭光耀, 無刷直流馬達之無感測控制技術, 技術報告 TR-135, 交通大學電力電子與運動控制實驗室, June 15, 2000.

[2] Kuang-Yao Cheng (鄭光耀), Ying-Tsan Lin (林穎燦), Chung-Hsien Tso (左仲先), and Ying-Yu Tzou, "Design of a Sensorless Commutation IC for BLDC Motors," IEEE PESC Conf. Rec., pp. 295-300, Queensland, Australia, June 23-27, 2002.

[3] Kuang-Yao Tseng (鄭光耀), 王振宇, and Ying-Yu Tzou, "ASIC Implementation of a programmable servo control IC with digital phase-locked loop," IEEE PESC Conf. Rec., pp. 558-563, Queensland, Australia, June 23-27, 2002.

[4] Ying-Tsan Lin (林穎燦), Chung-Hsien Tso (左仲先), and Ying-Yu Tzou, "無刷直流馬達換相控制IC之研製," 第二十二屆電力工程研討會, 高雄, 台灣, pp. 701-706, Nov. 22-23, 2001.


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