幾種創(chuàng)新方法簡化電機控制設計

　　用于控制速度的"時戳"
　　閉合回路系統(tǒng)中的大多數(shù)控制器采用至少一個專門的比較儀，來探測反電動勢信號的零交叉點，從而使輸出的驅(qū)動脈沖得以調(diào)整，以便適當調(diào)節(jié)電機的速度。通過采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器取代比較儀與計時器的共用，基于 ZiLOG 的 Z8 Encore! MC 電機控制 MCU 系列的實現(xiàn)方法取消了對比較儀的需求。在這種情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過在后臺運行計時器而對反電動勢電壓進行取樣。

　　一旦模數(shù)轉(zhuǎn)換器對反電動勢零交叉點進行取樣，計時器就會讀數(shù)。讀出的數(shù)據(jù)記錄在寄存器中，并反過來提示計時器輸出 PWM 脈沖，以便有效地調(diào)整電機速度。這種"時戳"方法形成了用于閉合回路速度控制的更簡單、更具成本效益的系統(tǒng)。

　　故障反應
　　在無刷直流電機驅(qū)動的設備中，不同原因都可導致電流過大的故障，除非安全設施設計十分完善，否則這些故障有時會帶來破壞性影響。電機繞組短路、電機引線的短路、機械驅(qū)動和聯(lián)接問題、轉(zhuǎn)子卡殼、電力設備拋錨或熄火以及其它很多問題都可能發(fā)生。其中一些問題是永久性的，另一些則只是臨時性的。任何問題引起的電流過大狀況都一定會導致電機中止。保護電路必須迅速反應，但并不是要在發(fā)現(xiàn)故障時全面觸發(fā)整個系統(tǒng)的關閉，而應實行 PWM 輸出的實時停止，直到不再發(fā)現(xiàn)故障情況才恢復正常運行。在這種情況下，如果持續(xù)存在電流過大的狀況，才需要全面關閉系統(tǒng)。

　　為檢測電流過大的情況，電機控制微控制器整合了輸入元件（如比較儀）。在大部分情況下，電流信號是發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的。由于在輸出阻止 PWM 信號之前，數(shù)據(jù)處理需要一些時間，這種方法有一個較大的缺點。反過來說，最終的數(shù)據(jù)處理反應時間可能會在下一輪轉(zhuǎn)換周期之后延遲關閉系統(tǒng)，從而造成嚴重的損壞。

　　為避免因模數(shù)轉(zhuǎn)換器造成的處理延遲，PWM 模塊直接與一個電流過大比較儀連接，從而保證系統(tǒng)關閉能真正以實時模式實現(xiàn)。這種方法不僅改善控制器的故障感應能力，同時規(guī)避了傳統(tǒng)方法的一個弱點。即，如果控制器時鐘即將停止工作，此時為應對電流過大故障而關閉系統(tǒng)不會帶來危險，但如果牽涉到系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器就會有危險。

　　感應配置減小了對時間的依賴性
　　設備控制器幾乎總是依靠經(jīng)由繞組感應電流，使用傳感器和無位置傳感器技術，而與模數(shù)轉(zhuǎn)換器協(xié)力來監(jiān)控電機的速度。一般情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器所取的樣本與 MCU 所取樣本同步。

　　在此過程中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對產(chǎn)生的信號取樣并將結(jié)果傳送給處理器。而處理器則將綜合 PWM 的換流輸出以控制電機速度。

圖注：ZiLOG 電機微控制器整合了設備中驅(qū)動多相電機和單相電機所需的所有邏輯和輸入/輸出功能

　　感應、處理和調(diào)節(jié)電機速度的更好方法仍然存在，在提供異步操作的同時，使數(shù)據(jù)處理費用降至最低。在這種配置中，通過在片上集成運算放大器和一個取樣與控制模塊，用來當作"保持"時間的周期間輸入信號值，這樣取樣結(jié)果就可用于優(yōu)化中央處理器的處理周期，而且不要求正好與輸入信號同步。此外，ZiLOG Z8 Encore! MC 微控制器對運算放大器的片上整合降低了總體的系統(tǒng)成本。該目標的實現(xiàn)進一步證實了電機控制8位微控制器的高效和強大的特性，即擁有足夠的成本運行應用產(chǎn)品的多種具體功能--例如控制顯示、指揮和監(jiān)控設備程序、探測并標明服務問題--與此同時也不斷保持電機能耗的最佳值。