发布于：2007/3/6 9:28:31 | 776 次阅读
关于数字式电机控制器分类
数字式电机控制器分为以下几类，各自有专用的马达驱动器IC正。小型马达中有DC马达(带有电刷的马达)、霍尔马达(无电刷DC马达)、步进马达等，各自专用的驱动器IC、控制器。 作为驱动用IC，大多采用输入马达正转、反旋转以及制动动作的逻辑信号进行控制的方式，还有通过驱动电源电压控制旋转速度(DC马达)、通过输入的时钟信号的频率进行控制(步进马达)等方法。
数字式电机控制器控脱颖而出
当今的电机控制应用向电子电路提出了效率、功耗和控制等诸多挑战。电机有多种类型，其中数字和模拟解决方案将起着提升电机控制应用性能的作用。
近年来采用数字控制技术，以稀土永磁伺服电动机(PMSM)为控制对象的全数字交流伺服系统己逐步取代了直流伺服电动机为控制对象的直流伺服系统和采用模拟控制技术的模拟或交流伺服系统。数字式交流伺服系统不仅其控制性能是以往模拟式伺服系统和直流伺服系统所无法比拟的，而且它有一系列的新功能，知电子齿轮、自动色辫电动参数的功能、自动整定调节器控制参数、数控机床及机器人等领域已获得了广泛应用。它是制造业实现自动化和信息化的基础构件。为此本文将对基于DSP芯片为构成的数字式电机控制、无传感器的电机控制、有刷直流电机控制器和工业机器-电机系统维新技术作介绍。
2、基于DSP芯片为构成的数字式电机控制
同步电机也被称作BLDC(无刷直流电机)或PMSM(永磁同步电机)。它们之间的差别在于感应电压的波形，这是由于采用了两种不同的定子线圈绕线方式所致。反向电动势波形在BLDC电机中呈现梯形，而在PMSM电机中则是正弦波形的。C2000 DSP控制器(如TMS320F2812控制器)所采用的数字技术使得能够为各种类型的电机选择正确的控制技术。DSP的处理能力可使机器发挥其性能，并降低系统成本。可选方案包括采用传感器需要量较少的技术来降低传感器成本(甚至无需传感器)；此外，复杂算法的运用也能够对简化机械驱动传动装置设计有所帮助，同样可实现系统成本的削减。
2.1电机控制方案特征与组成
2.11设计方案
见图1所示。 图1为典型的基于DSP芯片为构成的数字式电机控制方案框图。IU、IV和IW通道负责测量电机的电流。电机的位置／速度和负载等利用解算器或模拟编码传感器来同步测量。为获得的电机定位准确度，同时实现对全部三个电流的进行采样是至关重要的。ADC必须具有上佳的线性和低偏置。快速采样(每个通道的采样时间约2μs或更短)可用于确保IGBT控制的快速漏电流检测。测量电机的温度。窗口比较器的电平输入被连接至一个用于控制的8位DAC。
2.12方案组成
DSP为TMS320C28X
C28x系列控制器是基于控制的32位DSP，带片置可重复编程闪存、出厂前已经装载程序的ROM、或高性价比RAM(仅作为内存选项)，性能可达100-150MIPS。
其规格为：32位、定点C28x DSP内核；工作性能可达150-MIPS；1.8／1.9V及3.3V外设；易用的软件及开发工具，用于加速产品面市。图2(a)为TMS320F2812控制器方框示意图。
用于工业控制的ADC，,见图2(b)结构示意图
首款16位/14位、单电源供电ADC、可接受高达±12V的输入信号1.8 Msps、8位、低功耗SAR ADC，并行接口，例MAX1015。
用于工业控制的DAC, 见图2(c)结构示意图
首款16位/14位、单电源供电DAC，可接受高达±12V的输入信号可提供电流和电压输出的单通道、16位DAC，用于工业模拟输出模块，例MAX5661。
电机控制ADC
1.5Msps、8位、低功耗SAR ADC，并行接口MAX11020
同时采样ADC
同时采样ADC，能够保留多通道系统的相位信息。
8/4/2通道、14位、同时采样ADC，提供±10V、±5V或0至+5V模拟输入范围MAX1316，见图2(d)为同时采样ADC应用示意图。
或采用2+2通道同时采样、16位ADC ADS8361
ADS8361是16位、500kSPSADC，具有四个全差分输入通道(分为两对)，可用于高速、同步信号采集。该器件提供了高速、双串行接口，采用SSOP-24封装，并针对-40℃至+85℃C的工作范围拟订了技术规格。
其主要特点为：四个全差分输入通道；2μs吞吐每通道；积分线性误差(INL)±3LSB(典型值)；功耗150mW；2.5V内部基准；电源电压2.7V至5.5V；引脚兼容，可升级到ADS7861(12位至16位)。除此以外还有12位、2x 2通道、串行接口ADC7861；12位、2x 2通道、并行接口ADS7862；16位、2x 2通道、串行接口ADS8361等。
放大器
1.8V、7MHz、90dB CMRR(共模抑制比)轨至轨I／O运算放大器OPA363、OPA364
0PA363和0PA364系列是专为低电压、单电源操作而优化的高性能CMOS运算放大器。这些专为采用1.8V(±0.9V)至5.5V(±2.25V)的单工作电源而设计的放大器是电池供电型系统中的传感器放大以及信号调节的理想选择。此器件专为驱动中等速度(100kHz)的A／D转换器进行了优化，并提供了卓越的CMRR，而无需采用传统的互补输入级中常见的交叉通路。输入共模范围包括正负电源，电源轨输出电压摆幅在的10mV以内。所有器件版本均针对-40℃至／125℃的工作范围拟订了技术规格。
·增益设置电阻
128抽头、非易失、线性变化数字电位器， 采用2mmx2mm μDFN封装的MAX5128。
·电池备份电路
SOT23封装、低功耗微处理器监控电路，带有备用电池控制器和片选控制MAX6365。
·多电压监控器
低电压、SOT23封装、微处理器监控电路，带有电源失效检测输入/输出、手动复位及看门狗定时器的MAX6701。
·过压保护
72V、过压保护开关/限幅控制器，外置MOSFET的MAX6495。
·集成了复位功能的稳压器
精密的、并联型稳压器，带有复位电路，SOT23-3封装MAX6330的 MAX6331。
·单电压监控器
低功耗、达1%的电池监视器, 提供μDFN和SC70封装 的MAX6775。
·具有ESD保护的开关去抖器
±15kV ESD保护、单/双/八通道、CMOS开关去抖器的MAX6816
·看门狗定时器
单/双/三电压微处理器监控电路，带有独立的看门狗输出的MAX6730A。
2.2简单的无传感器的电机控制方案与应用
2.21 控制方案特征
控制方案是综合设计平台(即数字模拟功率)它能简化设计、提高效率和缩短产品设计周期。图3为无传感器的电机控制电路组成框图。它主由由集成微控制器IRMCF341等与功率模块IRAMS10UP60B及电源组成。以控制永磁电动机。 可用于直接驱动永环磁马达洗衣机。
该方案特征是能提高效率不需要传感器，而且能降低变速马达驱动设计的成本。这种需要引入无传感器马达控制的集成平台基技术，此技术允许组合“构建单元”来实现变速马达驱动所需的功能。同时还能灵活地提供专门的应用配置。无传感器的电机控制方案(iMOTION)设计平台为设计人员提供一个集成系统级方法，实现节能、变速正弦电流控制而不用位置传感器。
数字：运动控制引擎(Motion Control EngineTM)省却了霍耳效应传感器；集成微控制器用于应用层面上的软件开发；无需编程、简单方便的图形模块编辑。
模拟：模拟信号引擎(Analog Signal EngineT”)集成了所有用于单电流分流器的信号调整和转换电路；的高压技术。
功率：使用3相单片栅极驱动集成电路，与高效率Trench型IGBT匹配；绝缘金属基片技术，减小电磁干扰(EMI)；替代超过20个分立元件。
2.22控制方案组成
·数字控制器(集成微控制器)IRMCF341内部结构由8位单片机、MCE(运动控制引擎)16-bit、随机存储器、脉宽调制、模拟/数字等合成。
IRMCF341具有糸统输入输出端口：它可为7路模拟信号输入；高达24路数字I/O； 接口到EEPROM；UART(通用异步接收/传送器)接口到面板。数字控制器用专门运动控制引擎(MCE)硬件实现马达控制算法，而装置应用软件运行在独方的一同集成的8位处理器上。
·逆变器功率模块IRAMS10UP60B是采用耐用600V集成电路保护的电动机功率级。
其高电压功率级提供一种专用的、可靠的应用解决方案。由6只由高效，耐用600V IGBT开关及内置的过流保护电路。其特点为：利用专有的三相单片栅极驱动器集成电路 和高效IGBT功率开关相匹配；绝缘金属基板技术减低EMI；优化后功率高达2.2kW；可取代超过20个分离元件，提供解决方案。而三相单片栅极驱动器集成电内置过流保护、受控的斜率降低EMI及具有集成保护特点的耐用600V高压IC IR21363合成。
·电源提供1.8V和3.3V给IRMCF341微控制器.1.21无传感器的电机控制iMOTION特征。
2.23 无传感器的电机控制应用
iMOTION简化了滚筒式和波轮式洗衣机的可变速电机控制设计，它可以改进洗涤过程、并且能将能源消耗减少达70％。有了iMOTION设计平台，使电机伺服在没有增加系统成本的前提下提高运行效率。
2.3 有刷直流电机控制器解决方案
有刷直流(BDC)电机广泛被用于多种应用中，包括许多小型设备和小家电。传统上，小型设备／家电市场采用模拟控制方法来驱动BDC电机。微控制器单片机解决方案为BDC电机控制带来方法的重大革新。BDC电机结合带有智能的单片机即增强厂此类小型设备的功能同时又提高了能源效率。在BDC电机中采用高效的微控制器设计可以获得运行噪声小、速度和扭矩控制高的低成本解决方案。值此以下为例作介绍。
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