Allegro A89301：超静、无编码、FOC 无传感器 BLDC 电机控制器-电子产品世界手机版

Allegro A89301：超静、无编码、FOC 无传感器 BLDC 电机控制器

工控自动化时间：2025-09-12来源：EEPW

一、简介

A89301 是一款三相无传感器无刷直流（BLDC）电机驱动器（栅极驱动器），工作电压范围 5.5 - 50V，是Allegro 首批 QuietMotion 解决方案之一。A89301 是吊扇、底座风扇、浴室排气扇和高级家用电器风扇和泵的理想选择。

完全集成定向磁场控制 (FOC) 的算法可以实现最佳效率和噪声性能。该器件可在静止状态、风车状况甚至反向风车状态下优化电机启动性能。

电机速度通过模拟、PWM 或 CLOCK 输入控制。可选闭环速度控制，可对 RPM 到时钟频率比进行编程设置。

提供简单的 I2C 接口，用于设置电机额定电压、额定电流、额定速度、电阻和启动曲线。I2C 接口还用于开/关控制、速度控制和速度回读。

A89301 采用 24 触点 4 mm×4 mm QFN 封装，带外露散热焊盘（后缀 ES）。该封装为无铅封装，采用 100% 雾锡电镀引脚框。

二、技术文章

在现代风扇或泵中，成本节约和节能激励正推动电机设计向无传感器电机驱动器发展。传统的电机驱动器使用梯形电机控制，配备三个霍尔传感器：霍尔传感器提供转子位置，电机从零启动速度开始产生强大的扭矩且无反转。然而，传统的无传感器启动需要转子对齐，因此这种方法可能与反转相关联，并且直到对齐完成之前都无法产生扭矩。本文描述了初始转子位置检测技术如何克服这一挑战，以提供防反转、快速、无传感器的启动。

高功率密度电机市场趋势

如今，市场趋势是使用无刷直流（BLDC）电机进行高功率密度电机设计。为了正确驱动 BLDC 电机，必须知道被感应的磁铁的精确位置。这通常需要角度传感器，例如磁性霍尔传感器或编码器。与直流电机相比，BLDC 解决方案增加了控制器设计的成本和复杂性。为了成本优化，一些 BLDC 应用可能能够使用没有电机角度传感器的控制器。本文描述了多种先进的无传感器启动技术，以克服确定磁铁位置所需的挑战，这对于正确的 BLDC 电机启动是必要的。

传统无传感器启动方法

传统无传感器驱动器使用“直流对准启动”方法，控制器在三相绕组中强制直流电流，使转子磁铁移向已知位置。这种解决方案强制电流对准，使转子与磁铁正确对齐。该方法如图 1 所示，对准 U 相。转子对准完成后，电机可以从该位置开始旋转。

直流对准方法简单、易用，可应用于多种类型的无刷直流电机（BLDC 电机）。然而，当电机或连接的负载具有高惯性时，达到对准位置所需的时间会增加。因此，与有传感器 BLDC 驱动器相比，整体启动时间往往会更长。此外，根据转子的停泊位置，转子可能会向后移动以与定子对齐。这种轻微的后退旋转对某些应用（如泵）会产生不利影响。

使用这种传统的直流对准方法，电机启动——从零速到稳定、一致的高惯性旋转——可能需要超过五秒钟。

传统 IPD 启动方法：电感饱和

初始位置检测（IPD）方法可用于利用电感饱和实现无传感器的初始转子位置检测，而无需移动轴。电感饱和技术利用定子绕组中的电感状态。当绕组产生的总磁通量超过某个点时，电感将饱和。定子接收绕组产生的总磁通量和磁通量。磁通量分量取决于转子的位置，因此电感饱和电流随磁通量变化：

l 当磁铁的位置与定子对齐时，电感很容易饱和。

l 当磁铁相对于定子偏移90度时，磁铁的饱和效应为零。

与使用传统直流对准方法的电机启动相比，使用电感饱和的 IPD 速度明显更快：传统直流对准可能需要超过五秒钟，并且可能包括反转旋转，而 IPD 能够在通常不到 1 毫秒内检测到初始转子位置——没有任何反转旋转。使用电感饱和的 IPD 提供 60 度的初始检测精度。然而，这种性能伴随着一个不需要的噪声分量：通常必须向电机注入六个测试电流脉冲，这会产生六次不需要的咔哒声。

高级 IPD 启动方法：基于电感饱和的显著性

在永磁同步电机（PMSM）中，电机端口的电感根据转子位置而变化。这种现象被称为“凸极效应”，被有意设计到某些 PMSM 中。例如，根据应用需求，一些 PMSM 可能使用内置式永磁同步电机（IPMSM）来增强扭矩特性，而另一些则可能使用表面式永磁同步电机（SPMSM），其凸极效应相对较小。在图 3 中描绘了该凸极行为随角度的变化——即电感差异随转子位置的变化。

观察电感可以检测转子的初始位置。由于凸极性不受磁体磁通方向的影响，0度到180度之间的凸极特性与180度到360度之间的凸极特性相同。因此，使用凸极性需要另一种方法，例如电感饱和测量，来识别北极或南极：

· 当磁铁（d 轴或反向 d 轴）与某相对齐时，电感将达到最大值。

· 当磁铁相对于某相偏移 90 度（q 轴或反向 q 轴）时，电感将达到最小值。

Allegro MicroSystems 开发的一种 IPD 技术利用了电感饱和和突显效应，并在电机控制器驱动器中采用了专门的模拟检测电路。突显测量使用高精度比较器实现。这能够在六个 PWM 周期内检测到突显特性，通常情况下。在突显测量完成后，会对绕组施加一个测试电流脉冲以检查电感饱和，这用于识别磁极。

此方法允许忽略对准，能够在不移动轴的情况下在不到 1 毫秒内检测初始位置，并提供额外的灵活性：如果目标电机的突显度较低，可以使用电感饱和仅检测初始位置。与仅依赖电感饱和的传统 IPD 方法相比，Allegro IPD 方法使用两阶段 IPD 方法，因此将所需测试脉冲电流从六减至两，减少了咔哒声的数量。此外，利用突显效应将初始检测精度从 60 度提高到 30 度，与传统的 IPD 方法相比。Allegro IPD 方法提供更快、更准确、更安静初始检测能力，并实现快速、可靠、非反转启动。提供评估 GUI 以验证启动性能。

结论和建议

本文中讨论的 BLDC 电机启动方法的比较总结见表 1。Allegro IPD 方法的转速、精度、非反转和噪声特性，使这种启动技术成为适用于通用和汽车用途的风扇电机的理想选择。使用 Allegro IPD 方法的传感器 less 电机控制器包括 A89301 [1]和 A89306 [2]适用于通用风扇市场，以及 A89307 [3]适用于汽车风扇电机。这些产品使用磁场定向控制（FOC）系统驱动电机。驱动参数——包括 Allegro IPD 方法——可以通过 I2C 通信接口选择并保存到内部 NVM，电机可以使用预编程参数旋转。