圖 1 展示了典型電機(jī)控制設(shè)計(jì)中 F28E120SC MCU 的方框圖。

圖 1.典型電機(jī)控制設(shè)計(jì)中 F28E120x MCU 的簡(jiǎn)化方框圖

從硬件的角度來(lái)看，這些 MCU 采用集成公式元件，包括高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 以及集成式可編程增益放大器和模擬比較器。這些集成式元件可幫助設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化系統(tǒng)信號(hào)鏈，從而實(shí)現(xiàn)低噪聲電流反饋，無(wú)需片外運(yùn)算放大器或分立式模擬集成電路。

由于這種統(tǒng)一的控制架構(gòu)不依賴于跨分立式器件手動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)序，因此設(shè)計(jì)人員可以減少延時(shí)、抖動(dòng)和系統(tǒng)管理時(shí)間。此架構(gòu)還通過(guò)同步脈寬調(diào)制 (PWM) 和 ADC 觸發(fā)來(lái)改善系統(tǒng)響應(yīng)，以使采樣與開(kāi)關(guān)事件精確保持一致。

我們來(lái)看兩個(gè)示例，它們演示了統(tǒng)一處理環(huán)境對(duì)于電機(jī)控制的好處。

示例一 ：洗衣機(jī)中的電機(jī)控制

在洗衣機(jī)中，電機(jī)控制算法需要適應(yīng)實(shí)際條件，例如開(kāi)環(huán)啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的突然負(fù)載不平衡、清洗階段不同的扭矩需求以及用于織物護(hù)理和甩干的精確速度和方向轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)架構(gòu)通常依賴外部傳感器、模擬前端和自定義調(diào)優(yōu)邏輯來(lái)平穩(wěn)且靜音地管理這些轉(zhuǎn)換。

實(shí)時(shí) MCU 將整個(gè)控制路徑整合到一個(gè)器件中。無(wú)傳感器 FOC 無(wú)需位置傳感器即可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可靠的啟動(dòng)和加速。可以使用基于軟件的振動(dòng)補(bǔ)償來(lái)減少桶不平衡和聲學(xué)噪聲，而不是僅依靠機(jī)械平衡。

更緊湊的確定性控制架構(gòu)使得洗衣機(jī)電機(jī)控制器可以更靜音地運(yùn)行、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)并且更易于制造。

示例二 ：HVAC 系統(tǒng)中的電機(jī)控制

HVAC 系統(tǒng)必須在空氣流量有限、布板空間緊湊且維護(hù)頻率不高的密閉且散熱受限的外殼中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行電機(jī)。可靠、高效的系統(tǒng)包含電機(jī)控制功能，例如靜音啟動(dòng)、穩(wěn)定的氣流控制和高整體效率。

HVAC 系統(tǒng)可以采用與電器中相同的高級(jí)控制技術(shù)，但還具有熱穩(wěn)定性和長(zhǎng)占空比容差。無(wú)傳感器控制策略無(wú)需霍爾效應(yīng)傳感器或編碼器，簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)并提高了長(zhǎng)期可靠性。F28E120SC 等 MCU 具有誤差校正碼保護(hù)的閃存存儲(chǔ)器和奇偶校驗(yàn)保護(hù)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，可在長(zhǎng)占空比期間提高系統(tǒng)性能。這些 MCU 的高帶寬 FOC 運(yùn)行和死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償有助于將總諧波失真降低多達(dá) 50%，從而實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的氣流控制和更靜音的運(yùn)行。

即使開(kāi)關(guān)頻率增加或熱條件變化，PWM 邏輯和 ADC 采樣在單個(gè)時(shí)鐘域內(nèi)緊密同步也可實(shí)現(xiàn)一致的控制行為。然后，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)壓縮機(jī)和風(fēng)扇負(fù)載應(yīng)用更嚴(yán)格的環(huán)路控制，調(diào)整開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，以便顯著降低可聞噪聲，并且無(wú)需那些會(huì)因發(fā)熱或振動(dòng)而承受應(yīng)力的外部元件。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于需要在不同負(fù)載條件下控制行為需要保持可預(yù)測(cè)且高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，實(shí)時(shí)控制 MCU 將緊密的模數(shù)集成與以周期級(jí)精度進(jìn)行的確定性高性能執(zhí)行相結(jié)合，同時(shí)降低了設(shè)計(jì)成本。