利用電機(jī)控制開發(fā)套件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

您可能知道電機(jī)控制應(yīng)用多年來一直在使用MCU，但您可能不知道用于電機(jī)控制的最早的MCU實(shí)際上是針對功率逆變器的工業(yè)市場，專為將DC電源轉(zhuǎn)換為AC而設(shè)計(jì)。一旦認(rèn)識到波形輸出功能如脈沖寬度調(diào)制(PWM)具有解決電機(jī)控制設(shè)計(jì)的潛力，事情就會迅速發(fā)生。如今，MCU幾乎可用于所有可以想象的電機(jī)控制應(yīng)用;通過在隨附的電源模塊中使用新的控制算法和功率因數(shù)校正，電機(jī)效率得到顯著提高。

據(jù)估計(jì)，與電動機(jī)相關(guān)的電力占世界能源使用量的20%以上，很容易看出提高效率是所有新電機(jī)控制設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn)。然而，這些新算法比傳統(tǒng)方法復(fù)雜得多，因此MCU制造商已經(jīng)創(chuàng)建了完整的開發(fā)套件和參考設(shè)計(jì)，以加速這些重要應(yīng)用的開發(fā)。本文將回顧最近推出的電機(jī)控制開發(fā)套件的樣本，為您選擇適合您下一次應(yīng)用的套件提供堅(jiān)實(shí)的背景。

一個好的起點(diǎn)

如下面的屏幕截圖(圖1)所示，該庫由目標(biāo)應(yīng)用程序組織，例如AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換，音頻放大器，能量收集，照明和電機(jī)控制。如果選擇一個應(yīng)用程序，如電機(jī)控制，則會出現(xiàn)過濾器窗口，如圖右側(cè)所示，您可以在搜索過程中指定幾列項(xiàng)目。例如，如果您想要一個具有過流保護(hù)和功率因數(shù)校正的三相感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)，您將獲得幾個顯示來自德州儀器，Microchip和意法半導(dǎo)體的套件。您可以查看工具包功能，數(shù)據(jù)表和用戶指南的摘要，以找到適合您應(yīng)用的正確工具。

圖1：數(shù)字關(guān)鍵參考設(shè)計(jì)庫搜索功能 - 電機(jī)控制。 (由Digi-Key提供)

適用于各種應(yīng)用的電機(jī)控制開發(fā)套件

由于各種電機(jī)控制應(yīng)用和算法，一些開發(fā)套件可用多目標(biāo)系統(tǒng)。您可能希望選擇針對多種類型電機(jī)的參考設(shè)計(jì)，以防您考慮多種不同的設(shè)計(jì)，并且希望嘗試在每種電機(jī)中使用相同的MCU來充分利用開發(fā)成本。使用Dig-Key參考設(shè)計(jì)庫，您可以選擇多種類型的電機(jī)，并查看哪些套件可以支持所有電機(jī)。例如，通過查看三相無刷直流(BLDC)電機(jī)和三相永磁同步電機(jī)(PMSM)，您可以找到針對這兩種應(yīng)用的目標(biāo)套件。讓我們更詳細(xì)地看一下。

Microchip dsPICDEM MCHV開發(fā)系統(tǒng)旨在快速評估和開發(fā)無刷直流(BLDC)電機(jī)，永磁同步電機(jī)(PMSM)和交流感應(yīng)電機(jī)(ACIM)，用于傳感器或無傳感器操作。該系統(tǒng)可以采用不同的方式配置，以便與Microchip專用的電機(jī)控制DSC配合使用，并提供一個安裝選項(xiàng)，用于連接28引腳SOIC器件或通用100引腳插件模塊(PIM)。

dsPICDEM系統(tǒng)有一個三相電源模塊設(shè)備，包含電機(jī)逆變器和柵極驅(qū)動器電路。該電路使用不同的控制技術(shù)驅(qū)動BLDC，PMSM或ACIM電機(jī)，無需任何額外的硬件。它還具有功率因數(shù)校正(PFC)電路，為面向效率的電機(jī)控制應(yīng)用提供完整的解決方案。圖2顯示了與套件相關(guān)的硬件，如左圖所示，右側(cè)的框圖顯示了系統(tǒng)的主要組件 - 左側(cè)的PFC電源模塊和右側(cè)的電機(jī)控制模塊。

圖2：Microchip dsPICDEM MCHV電機(jī)控制開發(fā)套件。 (由Microchip提供)

逆變器的額定連續(xù)輸出電流為6.5 A(RMS)。在最高30°C的環(huán)境溫度環(huán)境中，當(dāng)從208 V至230 V單相輸入電壓運(yùn)行時，這允許高達(dá)約2 kVA的輸出。因此，該系統(tǒng)非常適合運(yùn)行額定功率高達(dá)1.4 kW(1.8 HP)的標(biāo)準(zhǔn)三相感應(yīng)電動機(jī)或額定值稍高的工業(yè)伺服電動機(jī)。功率模塊能夠驅(qū)動其他類型的電動機(jī)和電負(fù)載，其不超過最大功率限制并且主要是電感性的。此外，可以使用一個或兩個逆變器輸出來驅(qū)動單相負(fù)載。該器件能夠在90 V至最高265 V范圍內(nèi)工作。

請注意，dsPIC DSC MCU涉及電機(jī)控制和PFC部分的設(shè)計(jì)。 dsPIC MCU的PFC PWM輸出和故障檢測與響應(yīng)提供了大量信息，可簡化任何具有功效要求的設(shè)計(jì)。這兩個模塊設(shè)計(jì)為獨(dú)立的板，便于使用原理圖，電路板布局和定制材料清單。堅(jiān)固的外殼帶來了標(biāo)準(zhǔn)接頭的所有關(guān)鍵接口 - USB，RS-232和程序/調(diào)試，傳感器，開關(guān)，LED和三相逆變橋接器- 使開發(fā)系統(tǒng)成為電機(jī)原型設(shè)計(jì)的理想測試平臺 - 控制設(shè)計(jì)。

步進(jìn)電機(jī)控制器

步進(jìn)電機(jī)的控制使用一種更簡單的算法，因此可以使用集成了更多模擬和功率控制的專用外設(shè)來實(shí)現(xiàn)通?？捎糜贛CU的電路。例如，在Digi-Key參考設(shè)計(jì)庫中搜索步進(jìn)電機(jī)參考設(shè)計(jì)時，將出現(xiàn)德州儀器DRV8818EVM雙極步進(jìn)電機(jī)控制器參考設(shè)計(jì)。該參考設(shè)計(jì)采用DRV8818步進(jìn)電機(jī)控制器，集成了微步進(jìn)分度邏輯和兩個N溝道功率MOSFET H橋驅(qū)動器。簡單的步進(jìn)/方向接口可以輕松連接控制器電路。引腳允許以全步，半步，四分之一或八步模式配置電機(jī)。衰減模式和PWM關(guān)斷時間是可編程的。

圖3左側(cè)所示的評估模塊硬件可以通過USB電纜連接到PC，以控制和評估DRV8818在帶有實(shí)際電機(jī)的測試系統(tǒng)中的運(yùn)行?；赑C的控制軟件具有簡單易用的圖形用戶界面(GUI)，如圖3右側(cè)所示，允許用戶更改控制參數(shù)，如啟動速度，所需速度，停止速度，步進(jìn)設(shè)置和加速度?？闪⒓创_定對電機(jī)的影響，并捕獲最佳設(shè)置以用于最終設(shè)計(jì)。

圖3：德州儀器DRV8818步進(jìn)電機(jī)控制器參考設(shè)計(jì)。 (由德州儀器公司提供)

PC上托管的GUI控制系統(tǒng)通常包含在大多數(shù)電機(jī)控制評估套件和參考設(shè)計(jì)中。它們加速了為各種應(yīng)用程序評估目標(biāo)系統(tǒng)的過程，并且通常包括可以作為更廣泛的測試或開發(fā)環(huán)境的一部分在最終設(shè)計(jì)中使用的代碼。尋找具有代碼庫的套件，包括電機(jī)控制和測試，以便在設(shè)計(jì)上獲得最大的開端。

控制大功率電機(jī)

例如，搜索功率為1 kW的設(shè)計(jì)將調(diào)用STMicroelectronics STEVAL-IHM025V1演示套件(現(xiàn)已過時)。如圖4所示，該套件非常堅(jiān)固，正如您所期望的那樣，支持高達(dá)1 kW的電機(jī)。

圖4：STMicroelectronics 1000 W電機(jī)控制套件。 (由ST Microelectronics提供)

該套件通常與STMicroelectronics評估板配合使用，處理整體控制功能，IHM025V1用作外部電機(jī)的電源和電源模塊。評估板是供應(yīng)商STM32磁場定向控制(FOC)電機(jī)控制固件庫 1 的便捷目標(biāo)。該庫提供了創(chuàng)建自己的FOC電機(jī)控制設(shè)計(jì)所需的高級算法和低級驅(qū)動器。這種對開發(fā)套件的增強(qiáng)可能是至關(guān)重要的，特別是對于非常復(fù)雜的電機(jī)控制算法。一個關(guān)鍵功能庫，允許設(shè)計(jì)人員簡單地指定關(guān)鍵參數(shù)來創(chuàng)建生產(chǎn)就緒代碼，可以比僅提供示例代碼的參考設(shè)計(jì)節(jié)省大量時間，并讓設(shè)計(jì)師通過開發(fā)和填充“填補(bǔ)”空白測試他們自己的慣例。尋找電機(jī)控制庫作為參考設(shè)計(jì)的一個元素，以實(shí)現(xiàn)最高效和最強(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)。