設(shè)計(jì)高性能和低功耗的電機(jī)控制系統(tǒng)（一）

　　● 雙內(nèi)部高精度振蕩器；無(wú)需外部晶體

　　● 12位A/D轉(zhuǎn)換器具有16通道，最大采樣頻率為每秒4.6兆樣本

　　● 多達(dá)19通道的PWM輸出，具有可配置自動(dòng)死區(qū)

　　● 19個(gè)PWM通道中有多達(dá)8個(gè)可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150皮秒

　　● 增強(qiáng)型正交編碼器脈沖（QEP）和增強(qiáng)型捕捉外設(shè)（eCAP）可以簡(jiǎn)化傳感器解碼

　　精確和準(zhǔn)確控制

　　Piccolo架構(gòu)提供極佳的處理功能，達(dá)每秒4000至8000萬(wàn)條指令（MIPS）。這樣的高性能使開(kāi)發(fā)者不僅能夠同時(shí)監(jiān)視和控制多個(gè)電機(jī)，還能夠執(zhí)行更復(fù)雜的控制算法以實(shí)現(xiàn)更高的精度、更流暢的性能和更低的功耗。例如，單一Piccolo MCU能夠在控制兩個(gè)電機(jī)的同時(shí)維持有源PFC控制，并且仍然有足夠的處理能力來(lái)執(zhí)行高級(jí)電機(jī)控制算法，例如無(wú)傳感器的磁場(chǎng)定向控制（FOC）。

　　脈寬調(diào)制（PWM）在產(chǎn)生供應(yīng)給電機(jī)或高性能電源的電壓或電流中發(fā)揮重要的作用?？刂扑惴ǖ淖钚赂倪M(jìn)使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)嵤└叨染_的算法，以提供與系統(tǒng)行為實(shí)時(shí)變化相適應(yīng)的動(dòng)態(tài)控制。FOC具有很多優(yōu)勢(shì)，包括低速的全電機(jī)扭矩功能、出色的動(dòng)態(tài)行為、跨越很大速度范圍的高效率、對(duì)扭矩和磁通的解耦控制、短期過(guò)載功能和四象限操作。但是，F(xiàn)OC也要求比標(biāo)準(zhǔn)的控制方案明顯更加復(fù)雜的計(jì)算。

　　FOC原理是通過(guò)對(duì)電機(jī)的相電流進(jìn)行采樣來(lái)控制定子磁場(chǎng)的角度和振幅分量，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其易于控制。電機(jī)的三相電流通過(guò)ADC讀入系統(tǒng)。這些相電流處于三相旋轉(zhuǎn)域內(nèi)，并使用Clarke變換將其轉(zhuǎn)換為二維旋轉(zhuǎn)域。由此，可使用Park變換將這兩個(gè)相位轉(zhuǎn)換到固定域內(nèi)，如圖1所示。Clarke和Park變換可被可視化為彼此的矢量投影，如圖2所示。Park變換會(huì)產(chǎn)生通量分量Id和轉(zhuǎn)矩分量Iq。永磁電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩僅取決于轉(zhuǎn)矩分量Iq。因此，最便捷的控制策略即是將通量分量（Id）設(shè)置為零，這將最大限度地減少轉(zhuǎn)矩電流比并提高電機(jī)效率。電流分量的控制需要具備有關(guān)瞬時(shí)轉(zhuǎn)子位置的知識(shí)。轉(zhuǎn)子位置既可使用無(wú)傳感器技術(shù)計(jì)算，也可使用傳感器測(cè)量。由于Park變換的輸出位于固定域中，因此可使用PID回路等傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行控制。然后可將PID回路的輸出輸入到逆向Park、逆向Clarke中，然后直接輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

　　圖3所示為完整的FOC電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用無(wú)傳感器技術(shù)以獲取轉(zhuǎn)子位置。三相逆變器的ADCINx和ADCINy輸出是三個(gè)相電流之二；第三種很容易計(jì)算。如上所述，相電流從此處輸入Parke和Clarke變換中。此無(wú)傳感器系統(tǒng)根據(jù)三相電流的反饋使用“SMOPOS”和“SMOSPD”計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，消除了使用昂貴傳感器的需求。

　　FOC是一種針對(duì)使用永磁（PM）電機(jī)的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的重要技術(shù)。PM電機(jī)在白色家電中的普及度日益增加，它們具備更高的功率密度且不易磨損，因此效率非常高。

　　開(kāi)發(fā)人員僅需提供幾個(gè)矢量和旋轉(zhuǎn)方向就可實(shí)現(xiàn)輸出的實(shí)時(shí)信號(hào)更新。FOC等先進(jìn)的控制機(jī)制是提高性能但不增加成本的重要技術(shù)。Piccolo架構(gòu)大幅簡(jiǎn)化了對(duì)稱(chēng)PWM波形的生成。利用Piccolo MCU，開(kāi)發(fā)者可以輕松引入更改精確的控制，同時(shí)仍然為PFC留出足夠余量。事實(shí)上，TI是第一個(gè)以2–6美元的價(jià)格點(diǎn)在單芯片上同時(shí)支持PFC和FOC功能的公司。