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專欄

無刷馬達有感測器驅動和無感測器驅動的特長及區分使用

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  • 馬達種類
  • 位置感測器
  • 旋轉檢測感測器
  • 外部強制換向訊號
  • 速度電動勢

在我們的周圍使用著許多馬達。比如空調、洗衣機和吸塵器等家用電器,配備了冷卻風扇、硬碟和DVD的電腦,以及在汽車、捷運、建築物和工廠等我們注意不到的很多地方,大量馬達在積極發揮著它們的作用。

其中很多應用是由馬達的轉速和轉矩控制的,馬達的啟動和驅動方法可以大致分為“①有位置感測器的驅動”和“②無位置感測器的驅動”兩種。

  • ①馬達有位置感測器的驅動:需要使用感測器來檢測馬達轉速和旋轉位置的馬達驅動方法
  • ②馬達無位置感測器驅動:不需要上述感測器的馬達驅動方式

①有感測器進行驅動的優點:能夠準確地檢測到馬達啟動和驅動時的位置和旋轉,並且透過內建硬體邏輯控制器的馬達驅動器,可以實現從低速到高速平穩地馬達驅動和旋轉控制。缺點:必須在馬達中安裝霍爾元件/霍爾IC等感測器,因此需要考慮感測器的安裝位置精度,以及連接感測器和馬達控制器的佈線。

②無感測器驅動的優點:可用來驅動物理上無法配置感測器的馬達和暴露於高溫、水、油等不利環境下的馬達。
缺點:因為利用速度電動勢在低速時表現不佳,並且旋轉位置是透過MCU的計算而估算得來的,所以整體上的響應性能較差。另外,使用馬達電流、電壓和馬達參數(馬達線圈的R、L)取代位置和旋轉檢測感測器進行的估算,會受到馬達個體差異的影響。
對於無感測器驅動,還有一種方法是透過MCU之外的硬體邏輯專用控制器,利用外部強制換向訊號啟動,然後將速度電動勢用作位置訊號。

綜上所述,每種方法都有其優點和缺點。因此,需要根據使用馬達的環境、對可靠性的需求程度以及馬達負載的類型(恒定轉矩,恒定輸出,平方轉矩)等,選擇一種適合於所需特性的馬達驅動方法。

For Beginners

霍爾元件/霍爾IC:
使用霍爾效應根據磁通密度輸出電壓的磁感測器。霍爾效應是一種當電流流過固體並且垂直於固體表面外加於磁場時,會在電流方向和磁場方向分別產生垂直方向(正交)的電壓的現象。
霍爾IC(也稱為“霍爾感測器”)由運算放大器和數位轉換器等組合而成。
速度電動勢:
與磁通量的時間差–速度電動勢相對應的電壓。無感測器控制中的位置和速度估算方法中使用的元素之一。
外部強制換向:
由於在馬達停止狀態下不會產生感應電壓,因此為了檢測馬達位置而在馬達啟動時,從外部強制馬達旋轉,使之產生感應電壓的做法稱為“強制換向”。

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