簡(jiǎn)介

消費(fèi)者，家電，工業(yè)和汽車市場(chǎng)對(duì)電機(jī)控制的復(fù)雜解決方案的需求不斷增加。根據(jù)應(yīng)用的不同，有多種電機(jī)正在使用中;最常見的包括交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等較新的設(shè)計(jì)。實(shí)際上，許多以前由恒速主電源感應(yīng)電機(jī)主導(dǎo)的應(yīng)用現(xiàn)在需要變速控制的復(fù)雜性。在某些應(yīng)用中，例如壓縮機(jī)，風(fēng)扇和泵，這種對(duì)復(fù)雜性的需求是由立法和消費(fèi)者對(duì)更高運(yùn)行效率的需求所驅(qū)動(dòng)的。在其他地方，過程控制，機(jī)器人和機(jī)床中的高性能應(yīng)用需要變速和提高精度，只有通過使用復(fù)雜的控制算法才能實(shí)現(xiàn)。

實(shí)時(shí)實(shí)施復(fù)雜控制算法的關(guān)鍵這些運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的出現(xiàn)。*即使在要求較低但成本敏感的應(yīng)用中，例如家用冰箱壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器，也可以利用DSP的功能來實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器控制算法，可降低系統(tǒng)成本并提高驅(qū)動(dòng)器的整體穩(wěn)健性。在高性能伺服驅(qū)動(dòng)器中，DSP的強(qiáng)大計(jì)算能力允許通過矢量控制，紋波轉(zhuǎn)矩降低，預(yù)測(cè)控制結(jié)構(gòu)以及對(duì)非理想系統(tǒng)行為的補(bǔ)償進(jìn)行更精確的控制。

除了強(qiáng)大的DSP核心，所有電機(jī)控制系統(tǒng)都需要大量附加電路才能正常工作，包括以下功能：

電流或電壓反饋的模數(shù)轉(zhuǎn)換

用于生成逆變器切換命令的脈沖寬度調(diào)制（PWM）模塊

用于更高性能應(yīng)用的位置傳感器接口

用于主機(jī)通信的串行端口

通用數(shù)字輸入/輸出端口。

ADI公司現(xiàn)在提供一系列基于DSP的單芯片電機(jī)控制解決方案，將這些外設(shè)功能與高性能DSP內(nèi)核和所需內(nèi)存集成在一起。這里介紹兩種器件：ADMC330?，專為滿足中低性能動(dòng)態(tài)要求而設(shè)計(jì)，以及ADMC300?，它擴(kuò)展了單芯片功能，可控制高性能伺服驅(qū)動(dòng)器。

ADMC330單芯片基于DSP的電機(jī)控制器（見圖1）：ADMC330集成了一個(gè)20 MIPS DSP內(nèi)核，2Kword程序存儲(chǔ)器RAM，2Kword程序存儲(chǔ)器ROM，1Kword數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，2個(gè)串行端口和各種電機(jī)控制外圍設(shè)備在一個(gè)芯片上。 DSP內(nèi)核類似于16位定點(diǎn)ADSP-2171中使用的內(nèi)核。電機(jī)控制外設(shè)包括7個(gè)模擬輸入和一個(gè)基于比較器的ADC子系統(tǒng)，每個(gè)PWM周期允許4次轉(zhuǎn)換。此外，精密的3相12位PWM系統(tǒng)可以生成所有必要的逆變器開關(guān)信號(hào)，時(shí)間在100 ns以內(nèi)，并且處理器開銷最小。可以在處理器中調(diào)整這些PWM信號(hào)的死區(qū)時(shí)間，從而不需要外部邏輯。 PWM單元包括無(wú)刷直流電機(jī)或電子換向電機(jī)的特殊模式，其中三個(gè)電機(jī)相中只有兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通。此外，ADMC330還包括8條數(shù)字I / O線，一個(gè)看門狗定時(shí)器，一個(gè)通用的16位定時(shí)器和兩個(gè)輔助PWM輸出。

基于ADMC300單芯片DSP伺服電機(jī)控制器（圖2）：用于機(jī)器人和機(jī)床的高性能伺服驅(qū)動(dòng)器需要高分辨率ADC和位置傳感器接口，以滿足苛刻的性能要求。 ADMC300針對(duì)這些應(yīng)用，在基于DSP的單芯片解決方案中滿足了這些需求。 ADMC300的額外功能適用于要求更高的應(yīng)用，包括增強(qiáng)的DSP內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)25 MIPS的性能。此外，程序存儲(chǔ)器RAM已翻倍至4K字。通過包括五個(gè)提供12位分辨率的獨(dú)立sigma-delta ADC，滿足了對(duì)多通道，高分辨率ADC的需求。通過提供三個(gè)外部多路復(fù)用器控制線，可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)擴(kuò)展。此外，ADMC300通過編碼器接口實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)，可輕松連接增量編碼器。

開發(fā)工具：由于軟件是使用的關(guān)鍵對(duì)于數(shù)字設(shè)備而言，強(qiáng)大的處理能力需要同樣強(qiáng)大的開發(fā)系統(tǒng)，以便在實(shí)際應(yīng)用中使用這些復(fù)雜的電機(jī)控制器。兩款處理器都配備了全套硬件和軟件開發(fā)工具，可實(shí)現(xiàn)快速原型開發(fā)和實(shí)際系統(tǒng)評(píng)估。在ADMC300和ADMC330中，程序存儲(chǔ)器ROM模塊都預(yù)編程了監(jiān)視器/調(diào)試器功能，可以訪問處理器的內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器。為了加快程序開發(fā)速度，ROM代碼還包含一個(gè)有用的數(shù)學(xué)和電機(jī)控制實(shí)用程序庫(kù)，可以從用戶代碼中調(diào)用。

每種類型都有一個(gè)單獨(dú)的代碼開發(fā)評(píng)估板。這些評(píng)估板包含與處理器的許多外圍功能的簡(jiǎn)單接口，因此可以將電路板輕松集成到最終目標(biāo)開發(fā)系統(tǒng)中。每個(gè)評(píng)估板都包含一個(gè)UART接口，可用于將DSP控制器連接到基于Windows的運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試器程序。調(diào)試器程序允許開發(fā)人員將代碼下載到DSP，并監(jiān)視或修改程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，DSP寄存器和外設(shè)寄存器的內(nèi)容。此外，可以從Windows菜單中選擇一系列調(diào)試工具，包括斷點(diǎn)，單步和連續(xù)運(yùn)行操作。圖3中顯示的ADMC330調(diào)試器的示例屏幕說明了調(diào)試器的許多功能。還包括其他軟件工具，如匯編程序，鏈接程序和PROM程序員。對(duì)于獨(dú)立操作，評(píng)估板也可以使用外部存儲(chǔ)器來加載引導(dǎo)程序。

ADvanced Pow IR train ?：為了開發(fā)真正的電機(jī)控制解決方案，DSP的計(jì)算能力必須與合適的電源相結(jié)合 - 電子轉(zhuǎn)換器，其響應(yīng)于控制命令產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的電壓（并且可以提供必要的電流）。 ADvanced Pow IR 列車板代表了現(xiàn)實(shí)世界電機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)的新發(fā)展。該板將ADI公司基于DSP的高性能電機(jī)控制器與適當(dāng)?shù)膰?guó)際整流器[www.irf.com] Pow IR 列車*集成電源模塊集成在一起;它提供了所有必要的電路，可以為各種應(yīng)用開發(fā)電機(jī)控制算法。使用插入式可互換處理器模塊，用戶可以選擇適合應(yīng)用的控制級(jí)別。

使用ADMC330處理器模塊，該板可用于為應(yīng)用開發(fā)無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)傳感器控制算法如壓縮機(jī)和洗衣機(jī)。此外，可以為泵或風(fēng)扇應(yīng)用編程用于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單矢量控制策略。如果需要更高的性能水平，可以安裝ADMC300處理器模塊，以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的開環(huán)和閉環(huán)矢量控制，適用于通用變速驅(qū)動(dòng)器，紙張和紡織機(jī)器以及輸送機(jī)等應(yīng)用。使用ADMC300處理器模塊，ADvanced Pow IR 系列適用于使用感應(yīng)電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)開發(fā)高性能伺服控制器。

ADvanced Pow IR 列車板集成了以下功能：

International Rectifier的集成電源模塊。 ADvanced Pow IR 列車板包括一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)1馬力三相電機(jī)的電源模塊。該模塊集成了一個(gè)三相二極管橋，可用于整流50/60 Hz三相電源。電源模塊還包括一個(gè)三相IGBT逆變器，可以直接連接到三相電機(jī)。

可互換處理器模塊，以便相應(yīng)的基于DSP的電機(jī)控制器可用于您的應(yīng)用程序。

UART接口到基于Windows的程序開發(fā)環(huán)境，運(yùn)動(dòng)控制調(diào)試器

所有必需的柵極驅(qū)動(dòng)電路。電路板接收處理器模塊產(chǎn)生的PWM信號(hào)，并將它們直接饋送到國(guó)際整流器IR2132門驅(qū)動(dòng)電路，該電路為逆變器中的三個(gè)低側(cè)和三側(cè)開關(guān)提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)。

保護(hù)電路。 ADvanced Pow IR 系列可在發(fā)生過壓，過流，過熱或接地故障時(shí)自動(dòng)關(guān)閉功率級(jí)。傳遞給基于DSP的控制器的故障信號(hào)也可用于合適的中斷服務(wù)程序。

傳感器電路。 ADvanced Pow IR 列車板包括所有必要的電壓和電流檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)各種控制結(jié)構(gòu)。