有感无感无刷电机的问题

我心飞扬 · 发表于 2004-11-18 01:50

按照我发贴说的简化思路用的传感器和功率管更少，可惜现在没空试验。
请问狐狸大哥，你用的功率管是什么型号？介绍一下可以吗？我对元件不熟悉，选不到合适的。

hongkr · 发表于 2004-11-18 03:15

还是应该多研究有感的~

wangguanfu · 发表于 2004-11-21 18:20

我发觉大家是不是喜欢起哄哦
前一段是间兴无感的
现在又来有感的了
说实在的,无感有感各有各的好
无感电机简单,但电调就~~~
有感反之!
有感电调与无感的在硬件上省不了多少东西反尔还要多多!
但如果是用MCU开发无刷电调的话,有感的软件要好搞的多

狐狸 · 发表于 2004-11-22 10:29

:em23:不好意思，耽搁久了，昨天才回来。
关于功率管的型号，可以到网上查询：www.irf.com.cn,有关模型用的功率fet,他的适用型号有：12vNMOS，12VPMOS,20VNMOS,20VPMOS等，另外要注意，他的长时间通电电流不要依照标题上的，而要查询数据表格；有些贴片的实际使用时，设计电流要在实际使用电流的2倍3倍以上！:em01:

hongkr · 发表于 2004-11-23 18:35

呵呵~

shouldbe · 发表于 2004-11-24 19:01

模型用无感的无刷有几个好处：

1.连线比有感的简单的多，可靠性好——想想看，断了一根或者两根传感器连线的有感电机会怎么样？
2.电调的成本没有明显的增加，但适应性显著增加——电调增加的硬件成本其实就是一片比较器加上若干阻容元件。这几乎没有增加什么成本。增加的成本主要是在复杂的控制软件上。因为无感的电调必须增加启动的步骤，而且运行中转子堵转时，还需要特殊的控制逻辑，所以无感无刷电调的软件要复杂很多。研发费用会有所增加。但对成熟产品来说，生产成本几乎没有增加。而复杂的控制机能反倒是提高售价的一个理由。而且因为可以不需要传感器，所以可以同时支持带传感器的无刷电机和不带传感器的无刷电机。
3.电机的最高转速、可靠性、输出功率增加——霍尔元件有一个固定的感应延迟时间，高速下反馈信号已经跟不上转子的转速了，特别是4极以上的转子。高温下霍尔元件的工作点会偏移，可靠性要下降。同样随着输出功率的增加，电机的温度会升高，这样因为霍尔元件的工作温度限制，电机的输出功率会受到限制。这对千瓦以上的模型专用无刷电机尤为重要。

所以说无感无刷比起有感无刷还是有很大的进步的。只是在一些特殊场合，比如需要精确控制电机转速或者速度变化的场合（遥控房车用的无刷系统），有感无刷就有更多的优势。而在一般的场合，无感无刷电机的使用会更方便。想想你的小电直本来就很挤的空间中还要拖一条4－6芯的传感器连线，那该有多别扭。

另外大家现在接触最多的无刷电机不过是小型的无刷系统。电机最大不过540，一般都是380以下的。电调不过在30A以下。电池数量不过6－8节镍氢电池或者3节锂电。想想看如果你需要1000W的输出功率，你需要多大的电机，多大的电流和多少电池呢？一般来说需要“加长550级”（外径36mm，长度60mm以上）以上的电机，20节以上的电池和50A甚至80A以上的平均工作电流。这时电机的效率即使达到90％（这可不是随便哪个无刷电机都能达到的），自身的功耗也有100W。即使加上适当的冷却，电机外壳的温度也至少在60－80度以上。内部温度就更不用说了，肯定在100度以上了。这时霍尔元件基本上已经达到极限的工作温度了。而光电系统就更有问题了。因为这时电机内部的红外热辐射已经成为一大干扰源，大大影响光电位置检测器的正常工作。甚至会产生错误定位信号，造成控制系统的错误动作，甚至造成严重的电机抖动。输出上千瓦功率时电机的抖动可能会造成非常严重的机械事故的！

另外大家谈到工业用的电机都采用有感系统。这里有一个很大的误区。一来工业用电机最需要的是稳定可靠的工作，因为控制逻辑错误而造成的电机的一点点抖动都可能会引起严重的机械事故。而模型虽然对稳定和可靠性也有要求，但通过控制器的设计完全可以满足一般的模型要求。特别是固定翼飞机和船模。速度变化范围、变化速度实际上都在无感无刷系统的控制范围内。只有车模这种速度变化范围极大，而对低速性能和速度变化快慢有精确要求的场合，无感无刷系统才稍显不足。二来工业电机的体积、重量、功率密度和模型用的电机有着质的差别。想想看一个加长550电机，重量可能不到300g，体积不过一部小巧的手机大小，而输出功率可以达到1000W以上。而同样功率的工业用电机可能已经是一颗大白菜的体积和重量了！工业用电机正是用体积和重量换来较低的工作温度和较高的工作稳定性和可靠性的。三是工业电机的转速和模型用电机的转速相差可以达到2－4个数量级。较低的转速下，有感系统完全可以适应。而转速到3万甚至5万以上时，无感无刷系统就如鱼得水了。四是价格体系不同。工业用的系统因为工作条件要求低（相比模型而言），因此价格较低，对成本敏感，所以不会用制造或者研发成本高的技术，至少只有在有相应的产出时才会使用（比如航天、军事用的机械式陀螺仪用的也是无刷系统，转速在10万转以上，这时的它用的既是光电感应系统）。而模型用的东西无所不用其极，只要能提高性能，再贵的技术也会有人往模型上用。

综上所述，模型使用无感无刷系统的利大于弊。对于昂贵的无感调速器，我们国人自然有办法。只要突破了软件编程的关卡，国人制造的无刷电调的价格一定是世界上最低的。因为为了降低售价挤占市场，而且可以盗版软件，所以国人是不会太在意无感无刷的成本的。

shouldbe · 发表于 2004-11-24 19:23

狐狸在 2004-11-22 10:29 发表:

:em23:不好意思，耽搁久了，昨天才回来。
关于功率管的型号，可以到网上查询：www.irf.com.cn,有关模型用的功率fet,他的适用型号有：12vNMOS，12VPMOS,20VNMOS,20VPMOS等，另外要注意，他的长时间通电电流不要依 ...

无刷电调用的MOS FET尽量采用以下规格的：

1.SO-8 8引脚贴片封装。这是应用最广的电调用的FET。体积较小，内阻最小可以做到4毫欧左右，散热一般，实际使用的连续工作电流一般在5－8A（密闭、缺少散热、多片封装的极端场合）。如果对价格承受力较强，可以考虑Vishay的PowerPAK SO-8封装或者IR的DirectFET封装。后两者的N沟管子内阻可以做到2毫欧/片，且散热极佳！但国内一般只能买到原装货，价格在0.8美金/片以上。数量一般是2k-3k以上
2.小容量电调用N、P沟FET搭配使用。20－30A以上的大容量电调全部用N沟FET。然后用专用的半桥驱动IC来驱动高端的N沟管子。因为N沟的管子的内阻可以低至2－4毫欧，而最好的P沟（比如IR的IRF7425）管子，内阻在8毫欧以上。大电流下1毫欧的内阻都可以带来数W的耗散功率，因为大容量电调尽量避免使用P沟FET。半桥驱动电路增加的额外印刷板面积都是值得的。
3.FET的耐压在30V最好，内阻越小越好。因为这个耐压的FET是电子行业使用最多的FET。使用量大，价格就低，而且容易买到。更低耐压的FET内阻并不能降低太多，但购买的难度（以较低价格购买）就会大大增加。以较低价格买到正品的可能也就越低。

在国内可以买到的30V的耐压范围的N沟管子最好的是IRF7831和IRF4842。前者内阻在3－4毫欧之间（视驱动电压而定）。但极限栅压只有12V。自己设计无刷电调要注意驱动电压不能超过11V。它在国内很容易买到正品。价格也很低。一般百只价可以在2.5元－3元拿到（深圳或者北京电子市场价格）。而后者在综合指标上最好。内阻在4毫欧左右，比较小。极限栅压为20V，可以适应几乎所有的半桥驱动电路。它的最大好处是栅极电容极低，因此驱动电流较小，导通速度要比一般的低内阻FET快一倍。这样FET可以工作在更高的频率上，电调可以有更高的极限转速，电调的开关损耗也更低。同时因为需要的驱动电流较小，因此用同一半桥驱动IC，可以驱动更多的FET。我见过一款标称120A的无刷电调，一共有90只FET。全部都是IRF4842。但这款FET在国内现在还不好买到。一般要买一整盘（3000多只），整盘的单只价格在4元左右。少量购买几乎不可能。

[ Last edited by shouldbe on 2004-11-24 at 19:51 ]

shouldbe · 发表于 2004-11-24 19:47

电调上用的FET的工作电流主要取决于耗散功率和内阻（根据欧姆定律：P＝I^2×R）。与FET的标称电流基本无关。许多FET标称的十几安培乃至几十A的数值都是特定情况下的数值。比如芯片内部温度25度，占空比10％等等。想想看你的电调工作的环境温度可能都不止25度，加热恶劣的散热，芯片内部的温度何止25？7、80度都有呢！占空比10％？你的模型能10％油门就跑起来吗？你会把发射机上的最大油门设置为10％？笑话！

内阻取决于使用的FET的型号，主要看你是否可以买到，以及价格多高。而耗散功率和工作环境密切相关。电调是否密闭（成品电调大多如此，多半有外壳或者热缩膜密闭封装）？电调是否在密闭环境下工作（许多带机舱的飞机电调基本是密封在机舱里的，车模、直升机、板身固定翼大多是半开放的，板身固定翼还会有较好的风冷）？是否有散热片或者水冷装置（电流大的无刷电调有的带散热片，船用的还会有水冷板）？

以我个人的理解，我认为选择和设计电调的驱动部分时，基本可以按照每个FET最大300－500mW耗散功率来设计。密闭环境下耗散功率减半。而内阻也不能取手册上的最小值。因为国内以低价很难买到完全符合手册指标的FET。比如我买过IRF7831。实测的内阻在5毫欧以上。而且手册上的标称值一般是在25度的芯片内部温度、接近极限栅压的驱动电压下测得的。实际上电调一旦工作起来就会发热，这时芯片内部的温度早就超过了25度。而FET的内阻是随着温度增加而增加的。70度下，内阻可以增加50％甚至更多。如果完全按照手册上的25度下的最小内阻来设计，那么随着温度的增加，内阻会增大，反过来又使温度更高。这样电调根本达不到设计的电流容量。另外应该尽量提高FET的驱动电压。一般最好是取极限栅压的80％－90％的电压作为驱动FET的电压。这样可以获得最小的内阻。一般我觉得内阻取手册标称标准内阻的1.5－2倍比较合适。

这样最后根据欧姆定律（P＝I^2×R），可以推导出一款FET的实际最大连续工作电流。比如IRF7831，取内阻为7.2毫欧，耗散功率取500mW（少量并联，密闭，有散热片，空气自然冷却），可以得到它的最大连续工作电流为8.3A左右。

micro · 发表于 2004-11-24 19:58

shouldbe兄说的很好！如果不太在意PCB面积的话MOS FET可以采用DPAK封装的，散热效果不错，只需单管就可以做到20－30A的正常工作电流，价格也不贵。

我爱阿茜 · 发表于 2004-11-25 09:53

呵呵，无刷有感的驱动来了

hongkr · 发表于 2004-11-25 09:59

好的`

hnvvv · 发表于 2004-11-25 10:32

呵呵，无刷有感的驱动来了

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很好，快做出来卖啊！

那组逻辑电路用什么片，要找齐这几样元件就大功告成了。:em24:

狐狸 · 发表于 2004-11-26 11:23

这几样元件到电子市场去买，买几片的价格在一两块钱一片，只是PCB稍许复杂一点；高兴的话用单片机作，还可以添加过流低压保护，www.cityfujisawa.ne.jp站上有现成的；
楼上有兄弟说霍耳光电的不好，确实成在高温问题，工业上用的较多的是光电编码盘，无惧高温；前天再垫江站上看到一台高速防爆电机，用的是激光头的编码盘，妙！那家伙可以精确测定位置和转速，精度在0.05度；
咱们的模型用机机不需要高精度，那块编码盘不用太好，仿照霍尔的位置检测作应该不难！