韋祖根

（ 上海澤兆電子科技有限公司，上海 201612 ）

基于無(wú)刷電機(jī)的割灌機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

韋祖根

（ 上海澤兆電子科技有限公司，上海 201612 ）

以技領(lǐng)PAC5253系列作為主控芯片，AOS功率MOSFET為開(kāi)關(guān)器件，應(yīng)用于無(wú)刷電機(jī)的鋰電割灌機(jī)控制系統(tǒng)，使最終產(chǎn)品在效能方面得到提升，其穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)精度，性能及成本更理想。

割灌機(jī)；無(wú)刷電機(jī)；園林工具；控制

0 引言

割灌機(jī)主要應(yīng)用在園林裝飾修剪、草地綠化修剪、城市街道、綠化景點(diǎn)、田園修剪、田地除草，特別是公園內(nèi)的草地和草原，足球場(chǎng)等其他用草場(chǎng)地，私人別墅花園，以及農(nóng)林畜牧場(chǎng)地植被等方面的修整與美化。不過(guò)，割灌機(jī)具有一定的局限性，主要原因在于地勢(shì)不平、供電方式和割灌機(jī)的重量便攜性等問(wèn)題。傳統(tǒng)的割灌機(jī)為汽油割灌機(jī)，又名汽油鋸。在鋰電工具逐步替代汽油工具的大趨勢(shì)下，本文討論基于無(wú)刷電機(jī)的鋰電割灌機(jī)控制系統(tǒng)，使其在效能方面大幅提升。

1 特點(diǎn)

圖1為采用無(wú)刷控制器的36V鋰電割灌機(jī)。該款產(chǎn)品效率高，電機(jī)本身無(wú)勵(lì)磁損耗和碳刷損耗，消除多級(jí)減速耗，綜合節(jié)電率高，電機(jī)體積小、重量輕、功率大，可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)、維修與保養(yǎng)簡(jiǎn)單。此外，產(chǎn)品耐顛簸震動(dòng)，噪音低、震動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，壽命長(zhǎng)，不產(chǎn)生火花。根據(jù)需要可選梯形波磁場(chǎng)電機(jī)和正弦波磁場(chǎng)電機(jī)。

圖1 36V鋰電無(wú)刷割灌機(jī)樣機(jī)

2 參數(shù)

霍爾控制：無(wú)霍爾

工作電壓：27V～42V

上電允許工作電壓：36V±0.5V

額定工作電流：10A

調(diào)速方式：電位器

開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間:≤3s

轉(zhuǎn)速控制:3000r/min～6000r/min

剎車時(shí)間：1.5s

效率：80%～88%，休眠功耗10μA

電機(jī)槽數(shù)：6槽4極

其他：堵轉(zhuǎn)保護(hù)延時(shí)與報(bào)警/相線保護(hù)與延時(shí)/過(guò)流保護(hù)與延時(shí)/

外形尺寸：定制設(shè)計(jì)

適用領(lǐng)域:園林機(jī)械與農(nóng)用機(jī)械

3 方案

采用美國(guó)Active-semi的PAC系列PAC5223QM設(shè)計(jì)。PAC5223提供業(yè)界性能領(lǐng)先的最低成本的系統(tǒng)級(jí)解決方案，支持高達(dá)72V的三相直流無(wú)刷電機(jī)（BLDC）。支持無(wú)傳感器的梯形波控制和磁場(chǎng)導(dǎo)向控制（FOC）的變頻控制。它不僅降低了開(kāi)發(fā)成本，并可快速研發(fā)出各種原型機(jī)樣品，包括電動(dòng)工具，園林工具，無(wú)人機(jī)，無(wú)線電遙控車，直流風(fēng)扇，以及各種通用的直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用。PAC5223是系統(tǒng)級(jí)集成芯片，包括可用于三相控制的72V的柵極驅(qū)動(dòng)器，多模式電源管理，可配置的模擬前端，內(nèi)置的ARM Cortex內(nèi)核及技領(lǐng)半導(dǎo)體公司特有的總體休眠模式和其它各種具備專利保護(hù)的功能。它提供了最小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和最高的系統(tǒng)效率。

圖2 PAC5223結(jié)構(gòu)

6mm×6mm QFN封裝內(nèi)，PAC5223包含了多種功能以增加其客戶端價(jià)值。輸入電壓小于20V可直接連到芯片的電源管腳，輸入電壓20V～72V可使用集成的直流降壓轉(zhuǎn)換控制器從而降低系統(tǒng)成本。此外，四個(gè)集成的低壓損穩(wěn)壓器（LDO）進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的電源管理，這些完備和可高度配置的模擬及數(shù)字處理功能使PAC5223為各種終端應(yīng)用。

4 原理

控制原理框架見(jiàn)圖3。

圖3 控制原理

PAC開(kāi)關(guān)和線性電源電路見(jiàn)圖4。

圖4 PAC開(kāi)關(guān)和線性電源電路

門極和開(kāi)漏極驅(qū)動(dòng)見(jiàn)圖5。

圖5 門極和開(kāi)漏極驅(qū)動(dòng)

無(wú)傳感器反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)見(jiàn)圖6。

圖6 無(wú)傳感器反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)

整機(jī)節(jié)能睡眠待機(jī)見(jiàn)圖7。

圖7 整機(jī)節(jié)能睡眠待機(jī)

5 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品以國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的低能耗高效率電機(jī)，功率大質(zhì)量輕，體積小，整個(gè)電機(jī)重量?jī)H為1.5kg。全鋁殼外露式機(jī)頭在打草頭的風(fēng)動(dòng)效果下，避免了一般電機(jī)在大負(fù)載下的溫升問(wèn)題。同時(shí)，工具的安全性得到有較提高。

Design of Control of Brush Cutter based on Brushless Motors

Wei Zugen
( Shanghai Zhao Ze Electronic Technology Co., Ltd. Shanghai 201612 )

The brushless motors control system of lithium-ion brush cutter is featured with PAC5253 series as the main control chip, AOS power MOSFET as switching device, which improves the end products in efficiency, steady speed running accuracy, better performance and cost.

Brush cutter; Brushless motors; Gardening tool; Control

TM502

A

1674-2796（2017）05-0011-03

2017-02-18

韋祖根 （1986—），男，大學(xué)本科，主要從事專業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)及控制方向研究。