小型三相無刷直流馬達之無感測控制晶片的設計與實現

Abstract

小型三相無刷直流馬達具有高可靠性、高效率和可控制性的優點，已被廣泛的應用。然而，小型三相無刷直流馬達必須利用位置感測器來偵測馬達的轉子位置，其限制有：感測器必須經過精密定位才能準確地獲得轉子位置、對於溫度與雜訊具有高敏感度、降低馬達壽命與增加成本、阻礙馬達輕薄短小化的趨勢。 本論文以無感測換相為基礎，藉由馬達的電壓與電流回授訊號進行驅動與控制。改良傳統的120度六步方波驅動，設計降低電子噪音的機制，並克服脈波寬度調變(PWM)訊號對無感測換相的影響，以控制無感測馬達之速度；並且利用此設計開發一個小型三相無刷直流馬達的數位式無感測馬達控制晶片。 論文利用場效型可規劃邏輯陣列元件(FPGA)和硬體描述語言(VHDL)系統層級模組化進行設計。設計數位式相位移器，以精準地估測馬達換相點；利用150度12步方波驅動方法，以提增馬達的轉速與效率；探討PWM訊號對無感測馬達控制的影響，設法克服以達成速度控制，對於電子噪音進行研究與改善。因此，FPGA晶片配合馬達驅動、電流回授、電壓感測與週邊電路，完成三相無刷直流光碟機馬達無感測控制系統的建構與實作驗證。