Selección de la frecuencia de conmutación PWM en el motor BLDC

Hay consideraciones de diseño que podrían verse como un flujo de trabajo al establecer la frecuencia PWM. ¿Cuál es el objetivo final de usar PWM? controlar la corriente en el estator de la máquina eléctrica y controlar la corriente tiene que ver con compensaciones

Necesidades actuales de rizado

Durante el diseño de su sistema, deberá considerar qué rizado puede tolerar su sistema. La carga es esencialmente una fuente de voltaje en serie con un inductor y una resistencia & por lo tanto, \ $ V = L \ frac {di} {dt} \ $ es una de las principales ecuaciones a considerar.

Una corriente de ondulación más alta equivale a una ondulación de par mayor. Una máquina eléctrica BLDC excitada con una onda casi cuadrada ya tendrá una onda de torsión mayor que una excitada con una forma de onda trapezoidal y aún más alta que una máquina BLAC. Una ondulación más alta debido a un PWM más bajo aumentará aún más la ondulación del par.

Del mismo modo, un rizado mayor aumentará la corriente RMS a través de sus dispositivos de conmutación y su estator (rms = 0.557 * Pk + DC).

Por lo tanto, el pensamiento inicial implicaría: aumentar la frecuencia de conmutación lo más alto posible !!!! además de otras consideraciones que se cubrirán más adelante, lo que se puede ver es ... para un voltaje de fuerza y amp; una inductancia de carga dada ... en algún punto, un aumento en la frecuencia de conmutación no proporciona ningún beneficio adicional ... ¿Por qué cambiar un inductor 1H a 1MHz cuando la fluctuación de la corriente resultante (que se puede sentir) no es diferente si se cambia a 2kHz

La inductancia de la carga y las necesidades del sistema deben proporcionarle un rango de "campo de juego" para la frecuencia de conmutación mínima y máxima a tener en cuenta. El extremo inferior es impulsado por el margen de ondulación máximo, el extremo alto es controlado por una conmutación sin sentido.

Anchodebandadelcontrol

Comosemencionó,elobjetivodeusarPWMescontrolarlacorrienteenelestator.Quetanbienestécontroladaestacorrientedependedelsistema.Unareglageneraldelcontrolesquelosbuclesinternosdebentenerunanchodebandaunfactorde10másaltoquelosbuclesexternos.Siunmotordeberotara3000rpm(50Hz)yesunatopologíadeunsolopolopolodemodoquelafrecuenciaeléctricaseatambiénde50Hz...¿QuéusoesunafrecuenciaPWMde1MHzsisolonecesitasintetizarunaformadeondaconunfundamentalde50Hz?500Hzseríauna"regla de oro" mínimo para reconstruir una forma de onda con una fidelidad razonable.

Este valor podría considerarse su mínimo absoluto antes de que puedan surgir posibles problemas de control.

Consideración de pérdida de potencia

Los dos últimos puntos cambiarán la decisión a frecuencias de conmutación más altas (pero no ridículamente altas porque eso es un desperdicio completo) ... Las frecuencias de conmutación más altas reducen la corriente RMS, mejoran la forma de onda sintetizada, etc ...

Sin embargo, hay que considerar las pérdidas electrónicas de potencia. El aumento de la frecuencia de conmutación aumenta las pérdidas de conmutación del inversor

\ $ P_ {on} = E_ {on} * f_s \ $.
\ $ P_ {off} = E_ {off} * f_s \ $

De la resistencia de accionamiento de la puerta

\ $ P_ {DRV} = Q_ {g} * V_g * F_ {s} \ $

Gatedrive, etc. Todos estos esencialmente limitan su frecuencia máxima de PWM

Consideraciones de control

Para controlar un motor, relativamente hablando, se deben realizar muchos cálculos entre eventos de PWM

1. La retroalimentación de velocidad debe ser adquirida (asumiendo un bucle de velocidad)
2. La retroalimentación actual debe ser adquirida (asumiendo la protección / bucle actual)
3. Cálculo de PI para el bucle de velocidad (si está presente)
4. Cálculo de PI para el bucle actual (si está presente)
5. generación de PWM & cálculo de conmutación.

Si tuviera una frecuencia PWM de 1 MHz, por ejemplo, es posible que el reloj de su controlador tenga que ser de una magnitud mayor para atender todo lo que debe ocurrir.

Saber lo mínimo que su sistema puede tolerar con un máximo objetivo le brinda flexibilidad para disminuir la frecuencia de conmutación si existen consideraciones térmicas, consideraciones de EMI, sobrecargas de cómputo.

Un punto de partida razonable es considerar una frecuencia de conmutación de 10 kHz y determinar cuál sería su corriente de rizado, cómo se verá su forma de onda sintetizada a la velocidad máxima, qué enfriamiento necesitaría.

Puede resultar que un diseño de 1er paso muestre que 10kHz es más que suficiente, puede mostrar que es demasiado alto desde un punto de vista térmico y, por lo tanto, las etapas SVM o superH PWM podrían considerarse para aumentar la frecuencia de conmutación aparente mientras reduciendo la frecuencia de conmutación electrónica de potencia

Solo toma 10kHz. Sus consideraciones deben ser mucho más amplias que solo un motor, por otra parte, la mayoría de los motores funcionarán bien en una amplia gama de frecuencias.

Por ejemplo, las propiedades térmicas del puente afectan su frecuencia. El tiempo que lleva realizar el algoritmo de control (si utiliza el control digital). Muchos otros factores.

Así que comienza con 10kHz y prepárate para repensarlo más tarde.