MCU如何处理三相电机控制

提高当今家电的能源效率取决于根据各种类型的反馈精确控制三相电机的速度和扭矩。幸运的是，具有专用电机控制硬件的专用MCU设备可轻松实现必要的控制回路。

然而，在开始之前，设计人员必须在两种类型的集成应用专用标准产品（ASSP）解决方案之间进行选择。相电机控制：基于DSP的ASSP或基于MCU的ASSP。后者提供了诸如熟悉的软件模型，用于反馈环路的集成运算放大器等新功能以及简化整个系统设计的各种MCU外设等优势。

虽然通用MCU提供了良好的功能实现电机控制器的基础，它们只提供三相控制所需的部分功能。尽管可以使用通用MCU在软件中生成三相PWM信号，但代码开发将是一项重要任务，许多软件功能会给CPU带来负担。

基于MCU的电机控制ASSP提供特定于应用程序的硬件，大大简化了三相应用程序。专用的板载硬件通过减少外部元件数量和释放CPU周期来节省资金。

电机控制ASSP集成硬件，生成六通道同步PWM信号，用于驱动三相交流感应，永磁同步电动机或无刷直流电动机。 MCU型可编程计数器/定时器以8位，10位或16位分辨率控制PWM输出的形状，具体取决于器件。一些ASSP甚至提供两组PWM定时器，用于通过单个设备控制两个电机。

ASSP还可提供自动电路，以防止通常用于三相H桥电路的直通电路。为电机提供高侧和低侧电源驱动。

电机控制ASSP可以通过自动将PWM信号中的少量死区时间插入电桥的底部晶体管来防止此问题。额外的可编程定时器允许控制死区时间的持续时间，以适应电路必须驱动的负载。使用这个额外的定时器电路，插入死区时间不需要CPU周期。

电机控制ASSP可以简化应用的另一种方法是通过中断剔除。虽然器件在PWM波的每个波峰和波谷产生中断，但通常不需要经常调整波。中断剔除功能自动将中断计数到指定值，然后才为中断提供服务。该服务是任意的：每隔一个中断，16个中的一个，或介于两者之间的某个值。使用此功能简化了编程，在触发服务程序之前不需要CPU周期。

请注意，使用传统的边沿对齐PWM意味着所有输出同时切换，这会产生过多的噪声。使用中心对齐或对称PWM允许输出电平变化在不同时间发生，消除了大部分开关噪声。

控制回路
对控制至关重要回路是反馈信号，使控制器能够根据不断变化的条件调节电动机的速度和转矩。基于MCU的电机控制ASSP是处理反馈的理想选择，因为该器件可以包含使用MCU熟悉的编程模型监控的各种类型的输入电路。

一些电机控制ASSP包括两种类型的A/D转换器：用于电机控制回路反馈信号的快速（2微秒）逐次逼近型以及用于慢速过程的高分辨率delta-sigma类型电机温度。包含可调增益运算放大器可以放大A/D转换器输入，而无需外部运算放大器。此外，A/D转换可以与PWM逆变器定时器同步。一个特殊的计数器允许在不使用CPU周期的情况下设置同步点。

高性能矢量型电机控制需要实时计算密集型算法。为了应对这一任务，基于RISC MCU的ASSP集成了DSP功能，如硬件乘法器，可在一个时钟周期内执行16位x 16位或32位x 32位乘法。由于ASSP专门用于电机控制，因此包含编码器功能也是有意义的。