教育部卓越計畫:總計畫:下世代人性化智慧型運輸系統

子計畫研究成果


智慧車輪無刷直流馬達無感測控制技術

Development Sensorless Control Technology for a Smart Wheel

計畫編號:EX-91-E-FA06-4-4

主持人:鄒應嶼 博士 交通大學電機與控制工程系 教 授

研 究 說 明

   電控馬達之發展現況

   馬無刷直流馬達無感測控制技術

   DSP數位馬達控制技術

   高效率功率轉換器設計

 

內 輪 馬 達

無刷直流馬達驅動技術

三相雙向兩級無刷直流馬達驅動器電路架構圖

無刷直流馬達控制的電路架構

      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

無刷直流馬達無感測控制架構

      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。
   

無刷直流馬達的結構

三相四級無刷直流馬達的結構圖

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

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。

參考文獻

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  2. Frank J. Bartos, "Integrated motor-drive combinations: Combining the motor with the drive may be clever, but users have been slow to accept it," Control Engineering Europe, February/March 2001
  3. Frank J. Bartos, "Combination motors and drives move to make their mark," CONTROL ENGINEERING, Dec. 2000.
  4. Frank J. Bartos, "Integrated motor-drives seek wider market, user acceptance," CONTROL ENGINEERING, Dec. 2000.
  5. Frank J. Bartos, "Smart' Motors: Ultimate Motor-to-Controller Matching," CONTROL ENGINEERING, Dec. 1997.
  6. M. Jufer, "Power systems and evolution factors from the state of art to future trends," PCIM Europe, pp. 1-7, 2000.
  7. MARKET OPPORTUNITY FOR AC INTEGRATED MOTOR-DRIVES IN NORTH AMERICA, 2000 – 2005, - the most recent and complete detailed analysis by applications on the AC Induction Integrated Motor Drive Market in North America, from Motion Tech Trends
  8. Strategies to drive manufacturuing efficiency on the production floor, ARC Advisory Group, Oct. 2000.
  9. 邱仕杰, "整合型馬達概述(The Introduction of Integral Motor)," 電力電子技術, pp. 6-14, 2001, 6.
  10. 陽毅平, 陸一平, 傅增棣 (台灣大學機械系), "直接驅動電動機車動力系統的開發," (計畫編號:NSC 89-2622-E-002-010 國科會電力學門89年度成果發表會議記錄, 2001, 11.

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