Учитывая, что бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) составляют значительную долю общего мирового потребления электроэнергии, обеспечение их эффективной работы имеет первостепенное значение. Электронная коммутация BLDC позволяет значительно экономить энергию. Хотя системы на основе датчиков могут обеспечить высокоэффективное управление двигателями BLDC, они не всегда подходят. Во многих случаях серьезные ограничения по площади или бюджетные ограничения исключают этот подход. Вместо этого бессенсорное управление достигается путем измерения индуцированной электродвижущей силы (ЭДС).

Управление с ориентацией на поле (FOC) позволяет создавать плавно вращающийся статор с магнитным полем. Этот метод, как правило, минимизирует пульсации крутящего момента, избегая нежелательных механических напряжений и производя очень мало слышимого шума.

В методе FOC четыре основных этапа. Они следующие:

Измерение фактического тока, проходящего через обмотки статора.
Генерация сигнала ошибки путем сравнения измеренного тока с требуемым током.
Усиление сигнала ошибки для создания корректирующего напряжения.
Модуляция корректирующего напряжения на клеммах двигателя.

Благодаря этой постоянно обновляемой петле обратной связи двигатель может работать плавно. Однако следует отметить, что точное определение положения ротора без использования сенсорных технологий (например, датчиков Холла) может быть затруднительным, особенно при вращении ротора на низких скоростях.

Работа на таких низких скоростях влияет на способность алгоритмов FOC рассчитывать необходимое переключение. Методы, пытающиеся компенсировать это, приводят к потере многих первоначальных преимуществ использования FOC, поскольку применение высокочастотных сигналов вызывает пульсации крутящего момента, генерируя акустический шум и вибрации в системе. Это приводит к потерям эффективности. Кроме того, наличие этих высокочастотных сигналов может также создавать проблемы с точки зрения электромагнитной совместимости (ЭМС).

Внедрение микроконтроллера Toshiba M4K представляет собой значительный шаг вперед в эффективном управлении бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC). Это устройство интегрирует запатентованную компанией технологию IP Advanced Vector Engine Plus (A-VE+), которая выполняет все необходимые математические вычисления для полностью эффективного бессенсорного управления на линейном уровне (FOC).

Еще одним нововведением является используемая технология усовершенствованного программируемого драйвера двигателя (A-PMD). A-PMD означает, что ШИМ-выходы двигателя могут генерироваться с использованием отдельных несущих широтно-импульсной модуляции (ШИМ), назначенных каждой фазе двигателя. Следовательно, больше нет необходимости подавать высокочастотные сигналы при работе двигателя на низких скоростях (тем самым устраняя уже упомянутые проблемы вибрации и шума). Решение M4K с поддержкой A-VE+ также требует минимальных вычислительных затрат после завершения первоначальной настройки.

Компания Toshiba опубликовала технический документ, подробно описывающий этот новейший подход к FOC. Его можно скачать здесь.