基於Microchip dsPIC33直流無刷水泵FOC方案

隨著科技的發展人們的生活水平在不斷的提高，汽車慢慢的也成為了生活的必需品。冷卻系統是汽車發動機的重要組成部分。冷卻系統工作狀態直接影響汽車發動機使用壽命和燃油經濟性。冷卻系統部件主要包括：節溫器、散熱風扇和水泵等。水泵的作用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統中的循環流動。傳統機械水泵由發動機皮帶驅動，其轉速直接與發動機轉速耦合，不能有效匹配散熱需求。電子水泵由ECU根據發動機實際工況動態調整轉速，能夠有限提高發動機使用壽命，降低發動機燃油消耗。隨著汽車性能向著更安全，更可靠，更穩定，全自動智能化及環保節能的方向發展，新能源汽車的快速崛起，電子水泵市場前景廣闊。

 

汽車水泵作為汽車必不可少的組件之一，它不僅能保證汽車的正常運行，還能在很大的程度上保障發動機的使用壽命，所以對汽車水泵的不斷優化與改進也是非常必要的。永磁同步汽車水泵的出現和應用，是汽車水泵技術的一次革命，一百多年以來汽車水泵一直是使用機械水泵和有刷電動水泵。

直流無刷電機的本體是由定子和轉子組成，定子指的是電機在運行時固定不動的部分，主要是指定子繞組和定子鐵心部分；轉子包括永磁體、轉子鐵心和轉軸等。高性能稀土永磁材料的問世，電力電子元件性價比的不斷提高，以及微機控制技術的發展，使得基於磁場定向控制(FOC)的直流無刷電機的應用越來越廣泛。FOC（Field-Oriented Control），也稱矢量變頻，是目前無刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場大小與方向，使得電機轉矩平穩、噪聲小、效率高，並且具有高速的動態響應。

FOC典型控制框圖如下。為了得到電機轉子的位置、電機轉速、電流大小等信息作為反饋，首先需要採集電機相電流，對其進行一系列的數學變換和估算算法後得到解耦了的易用控制的反饋量。然後，根據反饋量與目標值的誤差進行動態調節，最終輸出3相正弦波驅動電機轉動。

FOC 算法以與PWM 相同的速率執行。 這樣進行配置使得 PWM 可使用兩個分流電阻器和一個電位器（用來設置電機的參考速度）來觸發兩個繞組的 A/D 轉換。允許A/D 中斷來執行該算法。下圖顯示了 A/D 中斷程序的常規執行過程。

近些年Microchip 推出了專門適用於PMSM控制的dsPIC33系列MCU，集成多達6個高級電機控制PWM、12位ADC及運算放大器，並集成CAN/LIN控制器。高達100 MIPS的性能與DSP加速可執行高速控制算法，這個組合對於電機控制應用來說是理想之選。同時，dsPIC33器件為傳感器提供了簡便的接口，且抗噪性和可靠性均大幅提升。dsPIC33器件符合AEC-Q100第0級標準，能在高達150℃的環境下工作並保證運行穩健，尤其適合各種汽車應用。

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