基于PSoC4的空間矢量脈寬調(diào)制方案
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目前市場上較為常用的FOC方案會采用DSP、ASIC或通用MCU進行控制。DSP運算能力高，實時性強，常用于FOC控制，但存在著成本較高的缺點。ASIC將FOC固化在芯片內(nèi)部，無需編程，但會帶來算法無法修改、不夠靈活的缺點。通用MCU種類較多，平臺復(fù)雜。常用的幾種方案一般至少還需要2個外部運放完成電流采樣。
另外還有一種基于PSoC4的方案，該方案利用PSoC4內(nèi)部豐富的數(shù)字及模擬資源及獨有的可編程特性可實現(xiàn)高度集成化、低成本的矢量控制。圖1顯示了PSoC4矢量控制(無傳感器)硬件控制框圖。PSoC4內(nèi)部集成四個獨立的可支持中央對齊、互補的可編程死區(qū)及同步ADC操作的TCPWM模塊，可用于SVPWM輸出；一個支持零開銷通道切換功能的12位1Msps ADC，用于電流采樣；兩個支持比較器模式及SAR ADC輸入緩沖功能的運算放大器，可省掉兩個外部運放。豐富的片內(nèi)資源可將矢量控制主控電路所需芯片集成到一片芯片中，實現(xiàn)高度集成化。
圖1：PSoC4 無傳感器FOC硬件控制框圖。
相對于其他解決方案，基于PSoC4的無傳感器FOC解決方案具有以下特點優(yōu)勢：
1. 采用高性價比的Cortex-M0內(nèi)核。Cortex-M0是市場上現(xiàn)有的最小、最節(jié)能的ARM處理器，代碼占用空間小，能以8位處理器的價格獲得32位處理器的性能，可明顯節(jié)約系統(tǒng)成本。
2. 內(nèi)部集成兩個支持比較器模式及SAR ADC輸入緩沖功能的運算放大器。目前市場大部分解決方案均需外部運放完成電流采樣，采用PSoC4可從系統(tǒng)BOM表中移除外部運放，減少系統(tǒng)成本。
3. 內(nèi)部集成兩個低功耗比較器，可用于硬件保護或錯誤信號處理。市場常用解決方案大部分采用外部比較器完成此功能。采用PSoC4可進一步減少BOM，降低成本。
4. 減少PCB空間及BOM成本。
5. 固件IP保護。PSoC提供了極強的軟件/硬件IP保護能力，這對電機應(yīng)用尤其重要。
6. 靈活的通訊接口。PSoC特殊的可編程架構(gòu)提供了極為靈活的通訊接口，可滿足各種應(yīng)用的需求。
空間矢量脈寬調(diào)制原理
SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的調(diào)制方法，是由三相功率逆變器的六個功率開關(guān)元件組成的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形。與電壓正弦PWM不同， SVPWM法是從電機的角度出發(fā)的，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，即正弦磁通, 模型構(gòu)造簡單，便于數(shù)字化實現(xiàn)。與傳統(tǒng)電壓正弦PWM相比，該控制方法具有使得電機轉(zhuǎn)矩脈動降低、電流波形畸變減小、直流電壓利用率提高的優(yōu)點。
圖2是一種典型的三相逆變器的結(jié)構(gòu)， Va, Vb,Vc是逆變器的電壓輸出，Q1到Q6是6個功率晶體管，它們分別被a，a’，b，b’，c，c’這6個控制信號所控制。當(dāng)逆變橋上半部分的功率管與下半部分的功率管為互補關(guān)系，即當(dāng)a為1時，a’為0。
圖2：三相逆變器結(jié)構(gòu)圖。
從圖3可以看出，開關(guān)變量矢量[a，b，c]有8個不同的組合值，即逆變橋上半部分的3個功率晶體管的開關(guān)狀態(tài)有8種不同的組合，故其輸出的相電壓和線電壓有8種對應(yīng)的組合。開關(guān)變量矢量[a、b、c]與輸出的線電壓和相電壓的對應(yīng)關(guān)系見表1。
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