分析 | FOC 控制已成標(biāo)配？針對(duì)峰岹熱門驅(qū)控芯片，華秋推出多款 BLDC 方案
關(guān)鍵詞： 芯片
目前不管是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域，還是生活家電領(lǐng)域，各個(gè)終端市場(chǎng)對(duì) BLDC 電機(jī)控制性能提出了更高的要求。它們不僅需要電機(jī)能夠做到高效率和多功能控制，還需要電機(jī)在追求高轉(zhuǎn)速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪音低振動(dòng)的控制效果。
與日俱增的高標(biāo)準(zhǔn)性能要求下，越來(lái)越多的高性能 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片在市場(chǎng)高需求和性能高標(biāo)準(zhǔn)兩大機(jī)遇下涌現(xiàn)。
國(guó)內(nèi)很多廠商都相繼推出了 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片及解決方案，在性能上較之國(guó)際廠商的驅(qū)動(dòng)芯片也不落下風(fēng)，并且性價(jià)比更高，在技術(shù)支持上國(guó)內(nèi)廠商也能及時(shí)給予客戶更多的支持。
縱觀國(guó)內(nèi) BLDC 芯片市場(chǎng)，F(xiàn)OC 幾乎已成為標(biāo)配，各家都在應(yīng)用了 FOC 的基礎(chǔ)上集成更多的外設(shè)配置以此來(lái)獲得更大的競(jìng)爭(zhēng)力。
什么是 FOC？
FOC（Field-Oriented Control），即磁場(chǎng)定向控制，也稱矢量變頻，是目前高效控制無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM）的最佳選擇。
FOC 精確地控制磁場(chǎng)大小與方向，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。目前已在很多應(yīng)用上逐步替代傳統(tǒng)的控制方式，在運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)中備受矚目。
FOC 的原理
FOC 控制首選需要得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流大小等信息作為反饋輸入，需要采集電機(jī)相電流，對(duì)其進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)變換和估算算法后得到解耦的易用控制的反饋量。
控制器根據(jù)反饋量與目標(biāo)值的誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，最終輸出 3 相正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
FOC 典型控制框圖
有傳感器 FOC/無(wú)傳感器 FOC
對(duì)于有傳感器 FOC，由于編碼器能反饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，因此控制簡(jiǎn)單，但是往往對(duì)控制性能要求較高。
對(duì)于無(wú)傳感器 FOC，在控制中需要通過(guò)采集電機(jī)相電流，使用位置估算算法來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，因此控制難度大。
但是布線簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，能夠最大程度上實(shí)現(xiàn)高效率、低振動(dòng)、低噪音以及高響應(yīng)速度等控制目標(biāo)，所以逐漸成為行業(yè)主流趨勢(shì)，多應(yīng)用于風(fēng)機(jī)類的場(chǎng)合中。
與同行業(yè)企業(yè)通常在通用芯片上用軟件編程（ARM 為主）來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法不同，峰岹科技從底層架構(gòu)上將芯片設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、電機(jī)技術(shù)三者有效融合，用算法硬件化的技術(shù)路徑在芯片架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制算法，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制處理器內(nèi)核ME。
在該技術(shù)下，峰岹科技設(shè)計(jì)的芯片可實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制 FOC 算法，6~7us 即可完成一次 FOC 運(yùn)算，無(wú)感 FOC 控制方案的電周期轉(zhuǎn)速可高達(dá) 27 萬(wàn)轉(zhuǎn)。
FU6812/61 系列是一款集成 8051 內(nèi)核和電機(jī)控制引擎(ME)的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，8051 內(nèi)核處理常規(guī)事務(wù)，ME 處理電機(jī)實(shí)時(shí)事務(wù)，雙核協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)各種高性能電機(jī)控制。
其中 8051 內(nèi)核大部分指令周期為 1T 或 2T，芯片內(nèi)部集成有高速運(yùn)算放大器、比較器、高速 ADC、乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、多種 TIMER、PWM 等功能，內(nèi)置高壓 LDO，適用于 BLDC/PMSM 電機(jī)的方\波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動(dòng)控制。
FU6812L 功能框圖
應(yīng)用場(chǎng)景為無(wú)感/有感的 BLDC/PMSM、三相/單相感應(yīng)電機(jī)、伺服電機(jī)。油煙機(jī)、室內(nèi)機(jī)、吊扇、落地扇、吸塵器、電吹風(fēng)、工業(yè)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、電動(dòng)車、電動(dòng)工具、航模等。
目前來(lái)看，BLDC 電機(jī)驅(qū)控芯片行業(yè)技術(shù)向單芯高集成和無(wú)感FOC控制的趨勢(shì)已經(jīng)很明朗，BLDC 驅(qū)控芯片廠商如何在市場(chǎng)起量的契機(jī)下在高效率，低能耗，穩(wěn)定性上取得突破將會(huì)是贏得市場(chǎng)的關(guān)鍵。
而作為一家致力于以信息化技術(shù)改善傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，華秋電子秉承著“為電子產(chǎn)業(yè)增效降本”的企業(yè)使命，助力峰岹科技 FU6812/61 系列 MCU 落地應(yīng)用，推出了相關(guān) BLDC 方案。
方案介紹：11 萬(wàn)轉(zhuǎn)無(wú)刷電機(jī)控制板，為風(fēng)筒提供核心動(dòng)力。轉(zhuǎn)速高出普通電機(jī)數(shù)倍，輸出颶風(fēng)級(jí)動(dòng)力，提升干發(fā)效率。
方案優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)快、效率高、噪聲低，成本低。
MCU方案：FU6812
電壓范圍：AC80V-270V
功率范圍：10W-150W
轉(zhuǎn)速范圍：10000RPM-200000RPM
控制方式：三相電機(jī)無(wú)感 FOC
閉環(huán)方式：功率閉環(huán)，速度閉環(huán)
調(diào)速接口：按鍵調(diào)試
應(yīng)用范圍：可應(yīng)用于新一代噪聲低、高速、體積小 、重量輕的風(fēng)筒機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
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此外，目前針對(duì) BLDC 領(lǐng)域，華秋電子可為用戶提供從方案設(shè)計(jì)到各類元件采購(gòu)的一站式解決方案，包括 BOM 配單一鍵采購(gòu)、PCBA 加工。在各特定的細(xì)分行業(yè)，華秋電子還推出了如 BLDC 破壁機(jī)、抽油煙機(jī)、風(fēng)扇吊扇、卷發(fā)棒、高速風(fēng)筒等可量產(chǎn)的全套解決方案。
