解读TI的FOC电机新技术

近日，德州仪器（TI）推出了一种“革命性”的电机驱动技术，它采用TI特有的FAST软件编码器算法来控制FOC电机，无需传感器，可显著缩短开发周期，全面简化系统设计。

电机用途广泛。国际能源署称，电机消耗全球近一半的电能；提高电机驱动系统的效率有望使全球电力消耗降低9% 到14%。电机技术正在从有刷电机向无刷电机和三相FOC电机演化。

传统的有刷电机结构简单、便于控制（普通8位单片机即可）、性能优异，但其可靠性差、噪声大、振动大、部件磨损大。运转过程中会产生火花，这限制了它在一些场合中的应用。三相简易无刷电机则更可靠，尺寸也更小，性能良好，但同样具有噪音大、振动大、会产生扭矩纹波等缺点。带传感器的三相FOC电机克服了前两种电机的缺点，它噪音小、振动小，性能更好，在动态系统中的效率更高。但这类电机成本过高，传感器的故障率高，限制了它的普及应用。

新一代三相位FOC-SMO无传感器电机以算法来替代传感器，克服了有传感器FOC的缺点，而性能几乎可与之媲美，可在众多应用中良好工作，具有广阔的应用前景。

FOC是磁场定向控制（Field Orientated Control）的简称。如下图所示，FOC必须知道转子的精确位置（转子磁场），用以产生适当的定子磁场，从而定向地输出最大扭矩。精确位置信息可通过高成本的传感器编码器／旋变(resolver)来实现，也可以通过复杂软件算法（观测器）来实现，后者具有 成本较低、无需维修与更换、可在无法使用传感器的地方使用的优点。其唯一的缺点在于它不适合位置控制FOC。



TI 公司MCU 业务拓展经理吴健鸿先生介绍说，TI 的 FAST（Flux Angle Speed Torque）算法比其它算法更优异。它支持所有同步和异步电机三相电机，需要的电机参数较少，观测器无需调试，具有更高精度和更高动态可靠性，在零速及过零速时保持稳定，可进行失速恢复，具备更好的带载启动性能，可进行自动电流环路调整，而且可提供最高保真反馈信号。

据称FAST可替代过去的电机传感器或软件观察器技术，显著降低无传感器FOC 系统的开发难度。新手只需调用ROM中的完整系统功能就能够去调整控制增益，而专家仅需从ROM 中调用FAST编码器功能就能够完全地定制控制系统。目前该技术通过TI的支持InstaSPIN-FOC 的Piccolo F2806x提供。它已全面通过投产认证。特性如下：

Piccolo F2806x：超集Piccolo 系列
•具有FPU 的90 MHz C28x 32 位CPU
•256 KB 闪存，96 KB RAM
•ROM 中内建电机函数库
•-40 至105C (T) 或125C AEC Q100 (Q)
•80 和100 引脚QFP 封装

器件型号为TMS320F28062FPNT。注意当中的F代表增加InstaSPIN-FOC 功能。




TI公司称，采用TI的FOC技术无前期投资，无后续成本或专利费，无额外支持费用，无额外维护费用。InstaSPIN –FOC 的成本会随产量上升而下降，普及会越来越快。F2806x是100% 引脚兼容器件，可根据需要轻松移植至非ROM 解决方案。TI公司在2013 年将提供广泛的Piccolo 产品系列支持。