計畫編號:NSC 95-2221-E-009-338-MY3

無刷永磁馬達無感測控制系統晶片設計技術之發展

計畫主持人:鄒應嶼教授
執行單位:交通大學電機工程學系
  • 本研究整合馬達控制技術、電力電子技術、與可程式系統晶片設計IC 設計技術,建立以IC 設計為導向的馬達驅動IC 設計平台,發展相關馬達控制IP,研製一個具有功率因數修正(power-factor-correction, PFC)功能之永磁同步馬達無感測控制晶片。
  • 控制晶片包含無感測轉子角度估測,並且可經由前級可變輸出之功率因數修正(variable-output-power-factor-correction,VOPFC)轉換器提供變頻器一可變直流鏈電壓,使變頻驅動器具高效率操作;同時發展可應用於VOPFC 轉換器之電流無感測控制策略,在不需使用電流迴路的情況下,亦可使輸入線電流具高功因及低諧波失真。

OPFC-PAM整合式壓縮機驅動器之電路架構與系統方塊圖


FPGA晶片實現之功能方塊圖


SOC Solution for VOPFC Sensorless BLDCM Drives

(a)輸出電壓100V,輸出功率500W     (b)輸出電壓200V-300V,最大輸出負載500W

  • VOPFC-PAM變頻驅動控制晶片包含:
    電流無感測之可變輸出電壓功率因數修正交-直流轉換器
    速度無感測之永磁同步變頻驅動器
  • 可變直流鏈電壓根據轉速調整,可降低換流器開關頻率,達到效率改善目的,並可減低馬達低速運轉時造成之扭矩漣波與噪音問題。
  • 無感測控制策略可簡化硬體電路,降低系統成本。


(a)簡化除法器 (b)忽略元件ESR及二極體壓
具電流無感測控制之PFC轉換器實驗結果,輸出功率為675W


新型PMSM無感測轉速控制系統方塊圖

(a)馬達由靜止啟動後加速至3000 rpm     (b) 斜坡速度響應與相電流波形

 
  • 本研究以FPGA為基礎,實現具功因修正之永磁同步馬達無感測控制晶片,提供無刷直流馬達控制系統化的解決方案。
  • 控制IC具可程式化之特點,透過外部通訊介面調整內部參數以應用於不同場合。
  • 所提之無感測之方法,僅需回授直流鏈電流,可避免馬達啟動產生反轉或啟動失敗之情形,且可在受到外界干擾而停止加速後重新啟動馬達。
  • VOPFC可修正輸入的功率因數,同時可調整變頻器的直流鏈電壓,降低穩態操作時的換流器開關切換頻率,減少功率損失。
  • 電流無感測控制策略,在小功率馬達應用可降低成本,但中高功率之馬達則仍須使用電流回授以確保電源品質與暫態響應。
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Last update: 2008/09/02