一个基于雾里看花的BLDC电机驱动案例

前言：

乍看题目，你一定会问：雾里看花和BLDC电机驱动风马牛不相及，怎么可能有联系？没错，飞刀哥以前也认为没有联系。但在上月在线支持某客户之后，飞刀哥就知道自己错了。本期就来分享这个能够颠覆飞刀哥认知的BLDC电机驱动案例。

1. 客户项目背景

• BLDC产品：手持式电链锯

• BLDC参数：5对极，最高转速22000RPM，外转子

• 电源：16.8V（4节锂电），20A左右

• 问题现象：电机启动的时候，有30%概率会感觉到一个明显的震动

2. 启动异常波形分析

下图是客户发来的启动异常的三相电压波形及单相电流波形：

图1

图1给人第一感觉是模糊不清，各种细节参数都看不清楚。这是示波器采样率太低的表现。经了解，客户示波器采样率已调到最高，现在只能根据这模糊波形进行分析。客户是上帝，设备短期买不到，问题又要立刻解决。那么，此次只能透过这模糊波形（仅存变化趋势和基本包络可辨），结合自己的经验，连蒙带猜进行支持了。此情此景，算不算基于雾里看花的BLDC电机驱动？

从图1波形分析，启动阶段驱动电压波形存在明显失步现象，因此，出现“电机震动”现象是合理的。问题原因毫无疑问就是启动参数出了问题。

3. 排除问题的过程

首先，请客户发出失败波形对应的参数，如下图：

• 启动PWM占空比：20%

• 消磁时间：8

• 过零点最大值：40

• 过零点最小值：35

回看图1波形，有一个很明显的特征：第1次导通时间很长，第3次导通时间也较长，第13次导通时间又很长。

• 第1次导通时间很长：因不同电机励磁时间长短不同，因此，第1次导通正常。

• 第3次导通时间较长：但黄色通道（悬空相）波形正常，因此，第3次导通正常。

• 第13次导通时间较长：但黄色通道（悬空相）波形异常，因此，第13次导通异常。

可以肯定：问题就出在第13次或者第12次导通参数上。

飞刀哥第一反应是：电机在加速过程中，遇到较大负载，导致某一相恒定导通较长时间。通俗说就是电机带不动负载。于是，飞刀哥让客户将启动PWM占空比从20%改到25%。

客户修改后，启动仍然异常，测试波形如下：

图2

从图2可见，异常更加严重了，在波形中部，出现了2次异常导通。说明飞刀哥第一反应及整改方法是错误的。

陷入僵局，头大中！

飞刀哥第二次修改：将过零点最大值40改为45。

客户修改后，启动仍然异常，测试波形如下：

图3

图3和图2没有明显区别，说明飞刀哥第二次整改方法也是错误的。

陷入僵局，继续头大中！

飞刀哥第三次反应是：是不是锂电池没电了？因供电不足也会导致电机带不动负载。但客户斩钉截铁确认供电没问题。

陷入僵局，持续头大中！

飞刀哥陷入沉思，大约过了10分钟。启动占空比、过零点、电源都已经排除，只能是消磁时间补偿值不对？而且一定是第一转速区间的消磁时间补偿不对。因为，刚开始1到2个驱动周期的波形正常，说明初始化的消磁参数是正确的。出问题的波形时间点刚好是第一转速区间对应时间点。

那么，第一转速区间的消磁补偿时间设置多大（当前值是0）？补偿正值还是负值？

观察刚开始驱动正常的1到2个周期波形特征可知，第1次导通时间很长，第3次导通时间较长（前文有提）。程序是基于导通时间计算消磁时间，所以计算出的消磁时间会较大。因此，消磁时间补偿值应该设置为负值。

飞刀哥第四次修改：将第一转速区间的消磁时间补偿值设置为-5。

客户修改后，启动波形正常，不再有震动，测试波形如下：

图4

从图4可见，除了第1次和第3次导通时间较长（正常）外，后续驱动波形已不再有失步现象。

经过客户反复测试，已确定BLDC电机启动不再出现震动现象。

目前客户样机已开发完毕。

至此，基于雾里看花的连蒙带猜式BLDC电机驱动结束！收工！