【应用】RL78系列低功耗8/16位MCU用于无刷电机控制中，实现恒定速度运行

时间： 2022-05-11 来源：Renesas

技术问答

日常生活中，我们身边有很多内置电机的产品，比如空调、吸尘器、电风扇等。随着有望在未来对社会产生重大影响的机器人、无人机和电动汽车等应用的普及程度日益提高，电机的应用范围也越来越广泛。

一般来说，我们熟悉的电机根据结构可分为几种类型，如无刷电机和有刷电机。其中，无刷电机在家庭/工业应用中的应用越来越广泛。无刷电机的特点是效率高、可维护性和可控性。近年来，随着对环境问题的日益关注，人们期望使用可以高效驱动的无刷电机。正如“无刷”电机的名称所暗示的那样，没有与转子接触的电刷，因此无需担心电刷磨损，从而降低了维护频率和成本。而有刷电机由于其结构机制，拥有在没有驱动电路的情况下仍然能够持续施加扭矩的电刷和换向器，而无刷电机则没有此类电刷和换向器。取而代之的是，无刷电机通过MCU，可以根据转子的位置调整电流的方向和大小来产生扭矩，并且即使负载发生变化，也可以实现诸如保持恒定速度等高度可控性。

一般来说，无刷电机常用的控制方式有两种：120度传导控制和矢量控制。120度传导控制可以使用六种电压模式来驱动电机。这种控制方式对MCU的操作相对较少，但由于作用在转子上的扭矩角度不恒定，可能会引起振动和噪音。而矢量控制作为一种控制方法，能够保证作用在转子上的扭矩始终沿垂直方向。这种方法需要在MCU上进行大量的运算，但它的特点是速度纹波小。由此，矢量控制倾向于用于需要精确控制的应用中。

RENESAS旗下的RL78系列是低功耗的8位MCU/16位MCU。在RL78系列中，RL78/G1F、RL78/G14、RL78/G1G和RL78/G1M通常应用于无刷电机控制。以下是各个MCU的特点：

RL78/G1F：具有增强的电机控制功能的多功能MCU；
RL78/G14：通用MCU，具有不同种类的引脚、存储器大小和封装类型；
RL78/G1G：内置模拟外设功能的小型系统MCU；
RL78/G1M：紧凑型MCU，具有电机控制所需的最少功能；

120度传导控制的运算需求较小，可以与这四个MCU一起使用。而需要较大运算量的矢量控制，一般选择和计算能力相对较高的RL78/G1F和RL78/G14配套使用。除了这些控制方法之外，我们还可以利用RL78/G1F的模拟外围功能开发相应的解决方案，例如初始位置检测解决方案（在旋转开始前无需传感器估计转子角度），以及高速旋转解决方案中使用比较器进行120度传导控制。

Renesas还为客户提供了实现这些控制方法的示例软件。使用120度传导控制示例软件，支持客户使用霍尔传感器或者不使用传感器进行速度控制。此外，对于矢量控制，Renesas准备了两种类型的示例软件，可通过用于电流检测的一个或三个分流电阻器，能够支持无传感器的前提下进行速度控制。Renesas还提供可用于特定解决方案中的示例软件，如前面所提到的初始位置检测解决方案和高速旋转解决方案。此外，Renesas计划发布用于高压应用的新型无传感器矢量控制示例软件。该示例软件运行在DeskTopLaboratoriesInc.制造的“T1003-A”高压逆变板（输入电压范围：AC 85–265[Vrms]，额定输出电流：AC 1[Arms]）上，以用于冰箱、吊扇和传送带等高压应用的开发。

Renesas还提供各种开发支持工具来支持电机控制解决方案的开发。电机控制评估工具RenesasMotorWorkbench(RMW)可以测量电机特性参数，并将记录在MCU内部RAM中的变量信息显示为波形等。此外，通过使用名为Configuration File Generator（CFG）的移植支持工具，可以在使用客户准备的开发环境驱动电机时，自动重新设计电机控制参数。

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