控制變速驅動器的發展趨勢(圖)

　　三相交流馬達正成為新型設計的首選，在許多應用領域內，它已經替代了電子控制驅動器。目前，用在變速驅動器中的馬達主要是電刷式馬達和單相交流馬達（ACIM）。在驅動器中，這些馬達的速度是由三端雙向可控硅通過調節傳導角來控制的，但這種技術非常簡單，不能滿足微控制器的特殊要求，而這些驅動器通常都需要8位微控制器。

　　為了解決這個問題，新一代的變速驅動器設計采用了三相無電刷交流馬達，主要包括三相ACIM和永磁同步馬達。

　　所有三相ACIM和永磁同步馬達的定子上都有一個三相繞組，并都帶有三相電源。在ACIM中，轉子磁通是通過磁化定子繞組上的電流而產生的，但會在定子繞組上產生損失。而永磁同步馬達使用永磁體來產生磁通，這比感應馬達更有效。對于不同的額定功率，永磁同步馬達中的總損失只會是感應馬達的50％或60％。不過，永磁同步馬達的主要缺點就是磁性材料帶來的高成本。雖然磁性材料的質量不盡相同，但永磁馬達的總成本將會比感應類型高20％。

　　永磁同步馬達適合于各種工業、商業和主要變速驅動領域，包括冰箱的壓縮機，汽車通風/空調設備，電子動力方向盤和剎車系統。此外，它還非常適合于洗衣機，因為該馬達體積小，可直接安裝在滾筒上，這就省去了皮帶和皮帶輪，使機器更加簡單和安靜。

　　高性能的馬達控制要求馬達在其整個速度范圍內能實現平滑旋轉，零速時能實現全扭矩控制，速度轉換快。要達成這樣的目的，用于三相交流馬達的磁場導向控制（FOC）技術就必不可少。使用了FOC，設計者就可以將定子電流分解成磁通和扭矩分量，進而單獨控制它們。這樣，馬達控制器的結構就如同單獨的直流馬達一樣簡單。

　　為了將電流分解成扭矩和磁通分量，我們需要知道馬達轉子的位置。無傳感器控制方法就是一種，它可用于所有的馬達。其可分成兩類，第一類被稱為“基于馬達模型”的方法，馬達的速度通過基于馬達基本數學模型的靜態觀察器來確定。另一種方法則被稱之為“馬達特性追蹤”法，它能根據測量馬達阻抗的變化來檢測轉子的位置。后一種方法效果好，還能在馬達零速時發揮作用。然而，將其應用在所有馬達上是不現實的。

　　用于三相交流馬達的高級控制技術需要高級的處理能力，因此需要綜合DSP處理能力和單芯片的微控制器功能的數字信號控制器（DSC）參與其中。

　　DSC的微控制器式編程模型和優化的指令集（包括了高效的尋址方式）會給設計者提供很多幫助，它們能兼容符合DSP和MCU應用條件的高效壓縮編碼。同時，一套適合各種馬達控制器的指令集也給DSC的高級處理能力提供了有力的支持。此外，DSC的高性能PWM控制模塊對有效驅動不同類型的馬達也很關鍵，它能為與12位ADC的同步提供參考輸出。這種DSC還有一個16位4定時器模塊組，其頻率能達到96MHz。

　　為了追蹤馬達磁通和轉子的即時位置，還需要對復雜的馬達模型進行估算，并讓其運行大約50μs。在此期間，DCS必須在每一個周期內讀取相電流和電壓。

　　快速和準確的12位ADC也是必須的，每一個ADC的讀數采樣時間必須要精確。這項任務將交由整合了PWM模塊、時鐘模塊和　ADC模塊的同步系統來完成。