圖 1 展示了典型電機控制設(shè)計中 F28E120SC MCU 的方框圖。

圖 1.典型電機控制設(shè)計中 F28E120x MCU 的簡化方框圖

從硬件的角度來看，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)計人員簡化系統(tǒng)信號鏈，從而實現(xiàn)低噪聲電流反饋，無需片外運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協(xié)調(diào)時序，因此設(shè)計人員可以減少延時、抖動和系統(tǒng)管理時間。此架構(gòu)還通過同步脈寬調(diào)制 (PWM) 和 ADC 觸發(fā)來改善系統(tǒng)響應(yīng)，以使采樣與開關(guān)事件精確保持一致。

我們來看兩個示例，它們演示了統(tǒng)一處理環(huán)境對于電機控制的好處。

示例一 ：洗衣機中的電機控制

在洗衣機中，電機控制算法需要適應(yīng)實際條件，例如開環(huán)啟動、旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的突然負載不平衡、清洗階段不同的扭矩需求以及用于織物護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)邏輯來平穩(wěn)且靜音地管理這些轉(zhuǎn)換。

實時 MCU 將整個控制路徑整合到一個器件中。無傳感器 FOC 無需位置傳感器即可實現(xiàn)平穩(wěn)可靠的啟動和加速。可以使用基于軟件的振動補償來減少桶不平衡和聲學噪聲，而不是僅依靠機械平衡。

更緊湊的確定性控制架構(gòu)使得洗衣機電機控制器可以更靜音地運行、持續(xù)時間更長并且更易于制造。

示例二 ：HVAC 系統(tǒng)中的電機控制

HVAC 系統(tǒng)必須在空氣流量有限、布板空間緊湊且維護頻率不高的密閉且散熱受限的外殼中長時間運行電機。可靠、高效的系統(tǒng)包含電機控制功能，例如靜音啟動、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控制技術(shù)，但還具有熱穩(wěn)定性和長占空比容差。無傳感器控制策略無需霍爾效應(yīng)傳感器或編碼器，簡化了機械設(shè)計并提高了長期可靠性。F28E120SC 等 MCU 具有誤差校正碼保護的閃存存儲器和奇偶校驗保護的靜態(tài)隨機存取存儲器，可在長占空比期間提高系統(tǒng)性能。這些 MCU 的高帶寬 FOC 運行和死區(qū)時間補償有助于將總諧波失真降低多達 50%，從而實現(xiàn)更平穩(wěn)的氣流控制和更靜音的運行。

即使開關(guān)頻率增加或熱條件變化，PWM 邏輯和 ADC 采樣在單個時鐘域內(nèi)緊密同步也可實現(xiàn)一致的控制行為。然后，設(shè)計人員可以對壓縮機和風扇負載應(yīng)用更嚴格的環(huán)路控制，調(diào)整開關(guān)轉(zhuǎn)換，以便顯著降低可聞噪聲，并且無需那些會因發(fā)熱或振動而承受應(yīng)力的外部元件。

結(jié)語

對于需要在不同負載條件下控制行為需要保持可預測且高效的電機驅(qū)動應(yīng)用，實時控制 MCU 將緊密的模數(shù)集成與以周期級精度進行的確定性高性能執(zhí)行相結(jié)合，同時降低了設(shè)計成本。