空调电控全面走向变频时代 TI引领高效电机控制芯片技术

　　以低成本实现永磁同步电机的本质安全性驱动

　　以感应电机为基础，谭博士接着分析了永磁同步电机(包括表贴式和内嵌式)的工作原理，并总结这类高效电机的优点和对电控带来的挑战。永磁同步电机转子上因有两个永磁体，相比感应电机，直接带来了效率的提升(不需要励磁)。在控制方面(如图2)，也是正弦电机模式，在定子侧产生一个旋转磁场，单相电流可以到这个旋转磁场，这个磁场与永磁场相互作用，这样就可以产生相关的转矩，其控制模式和策略与感应电机基本是一样的。　　

图2：永磁同步电机控制策略。

　　事实上，永磁同步电机与直流无刷电机(BLDC)在业界一度有点混淆。直流无刷电机理想是方波，但是实际上理想的方波情况非常少。而表贴式永磁同步电机(SPM)最开始希望是一个正弦感应电机，它的所有控制量是正弦电压电流，但其实波形也不是那么理想。因此，在表贴式永磁同步电机方面，方波跟正弦电机应用到这个层面的时候开始模糊，有一段时间在业界产生了一些混淆。“这个结果对控制来讲，其实你发现很多做正弦控制的算法可以用到永磁电机上，在实现上面不是那么难。也是因为这个原因，正弦电机的控制策略跟方波电机的控制策略开始混合起来。”谭博士说。

　　对于内嵌式永磁同步电机(IPM)，“据我所知，现在很多空调压缩机其实采用内嵌的结构形式，它其实覆盖了磁阻效应。大家在讲压缩机要进入到弱磁控制区，其实我更偏向于认为它进入到磁阻和永磁转矩的优化工作区。”谭博士认为。

　　他分析道，永磁同步电机在消费类领域的应用不能像工业一样去进行电流采样。以图3 所示TI的解决方案为例，上面是功率系统部分，下面是控制系统。工业应用中把ABC三相电流列为常规采样，但是在低成本的方案中要么在直流母线采样重构三相电流信号，要么通过逆变器下桥臂的电流采样重构三相电流信号。这两种的低成本方案部分，不管通过母线的方式，还是通过逆变器下调的方式，其常规的驱动控制模式，以及电流的采样，控制以及保护其实是不完整的。这个不完整是针对两部分来讲的，一部分是对逆变器来讲，就是说没有把逆变器所有电流的工作状态采回来，没有采回来的结果是对它的控制不是全控，另一部分是对电机的相电流，信息是不完整的，在某些点上面可能采不到。

　　“结合电流采样的低成本考虑，我们需要一些基本的控制模式，使得驱动系统和控制策略是本质安全性(Essential Reliable Drive)，全部是可控的。这方面涉及到相应的拓扑结构、控制策略的变化，值得业界关注。 据我所知，一些研究机构已经有非常好的突破成果出来，也许在不远的将来大家可以看到，这些成果对我们产生相关的影响。”谭博士指出。　　

图3：TI的永磁电机控制方案以低成本实现本质安全性驱动(Essential Reliable Drive)。