MCU如何處理三相電機(jī)控制

提高當(dāng)今家電的能源效率取決于根據(jù)各種類型的反饋精確控制三相電機(jī)的速度和扭矩。幸運(yùn)的是，具有專用電機(jī)控制硬件的專用MCU設(shè)備可輕松實(shí)現(xiàn)必要的控制回路。

然而，在開(kāi)始之前，設(shè)計(jì)人員必須在兩種類型的集成應(yīng)用專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）解決方案之間進(jìn)行選擇。相電機(jī)控制：基于DSP的ASSP或基于MCU的ASSP。后者提供了諸如熟悉的軟件模型，用于反饋環(huán)路的集成運(yùn)算放大器等新功能以及簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種MCU外設(shè)等優(yōu)勢(shì)。

雖然通用MCU提供了良好的功能實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制器的基礎(chǔ)，它們只提供三相控制所需的部分功能。盡管可以使用通用MCU在軟件中生成三相PWM信號(hào)，但代碼開(kāi)發(fā)將是一項(xiàng)重要任務(wù)，許多軟件功能會(huì)給CPU帶來(lái)負(fù)擔(dān)。

基于MCU的電機(jī)控制ASSP提供特定于應(yīng)用程序的硬件，大大簡(jiǎn)化了三相應(yīng)用程序。專用的板載硬件通過(guò)減少外部元件數(shù)量和釋放CPU周期來(lái)節(jié)省資金。

電機(jī)控制ASSP集成硬件，生成六通道同步PWM信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)三相交流感應(yīng)，永磁同步電動(dòng)機(jī)或無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。 MCU型可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器以8位，10位或16位分辨率控制PWM輸出的形狀，具體取決于器件。一些ASSP甚至提供兩組PWM定時(shí)器，用于通過(guò)單個(gè)設(shè)備控制兩個(gè)電機(jī)。

ASSP還可提供自動(dòng)電路，以防止通常用于三相H橋電路的直通電路。為電機(jī)提供高側(cè)和低側(cè)電源驅(qū)動(dòng)。

電機(jī)控制ASSP可以通過(guò)自動(dòng)將PWM信號(hào)中的少量死區(qū)時(shí)間插入電橋的底部晶體管來(lái)防止此問(wèn)題。額外的可編程定時(shí)器允許控制死區(qū)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，以適應(yīng)電路必須驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。使用這個(gè)額外的定時(shí)器電路，插入死區(qū)時(shí)間不需要CPU周期。

電機(jī)控制ASSP可以簡(jiǎn)化應(yīng)用的另一種方法是通過(guò)中斷剔除。雖然器件在PWM波的每個(gè)波峰和波谷產(chǎn)生中斷，但通常不需要經(jīng)常調(diào)整波。中斷剔除功能自動(dòng)將中斷計(jì)數(shù)到指定值，然后才為中斷提供服務(wù)。該服務(wù)是任意的：每隔一個(gè)中斷，16個(gè)中的一個(gè)，或介于兩者之間的某個(gè)值。使用此功能簡(jiǎn)化了編程，在觸發(fā)服務(wù)程序之前不需要CPU周期。

請(qǐng)注意，使用傳統(tǒng)的邊沿對(duì)齊PWM意味著所有輸出同時(shí)切換，這會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的噪聲。使用中心對(duì)齊或?qū)ΨQPWM允許輸出電平變化在不同時(shí)間發(fā)生，消除了大部分開(kāi)關(guān)噪聲。

控制回路
對(duì)控制至關(guān)重要回路是反饋信號(hào)，使控制器能夠根據(jù)不斷變化的條件調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩?；贛CU的電機(jī)控制ASSP是處理反饋的理想選擇，因?yàn)樵撈骷梢园褂肕CU熟悉的編程模型監(jiān)控的各種類型的輸入電路。

一些電機(jī)控制ASSP包括兩種類型的A/D轉(zhuǎn)換器：用于電機(jī)控制回路反饋信號(hào)的快速（2微秒）逐次逼近型以及用于慢速過(guò)程的高分辨率delta-sigma類型電機(jī)溫度。包含可調(diào)增益運(yùn)算放大器可以放大A/D轉(zhuǎn)換器輸入，而無(wú)需外部運(yùn)算放大器。此外，A/D轉(zhuǎn)換可以與PWM逆變器定時(shí)器同步。一個(gè)特殊的計(jì)數(shù)器允許在不使用CPU周期的情況下設(shè)置同步點(diǎn)。

高性能矢量型電機(jī)控制需要實(shí)時(shí)計(jì)算密集型算法。為了應(yīng)對(duì)這一任務(wù)，基于RISC MCU的ASSP集成了DSP功能，如硬件乘法器，可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行16位x 16位或32位x 32位乘法。由于ASSP專門(mén)用于電機(jī)控制，因此包含編碼器功能也是有意義的。