本應(yīng)用筆記介紹了使用 Z32F128 微控制器進(jìn)行傳感器正弦 PWM 調(diào)制的 BLDC 電機(jī)控制。它還討論了如何利用霍爾傳感器反饋實(shí)現(xiàn)正弦 PWM 調(diào)制和相位角同步。
    Z32F128 微控制器，Zilog 的 ZNEO32 的成員！MCU 系列專為電機(jī)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，該 MultiMotor 系列具有使用 MultiMotor 開(kāi)發(fā)套件的片上集成陣列，包含特定于應(yīng)用的模擬和數(shù)字模塊。其結(jié)果是快速而精確的故障控制、高系統(tǒng)效率和動(dòng)態(tài)速度/扭矩控制，以及易于定制應(yīng)用的固件開(kāi)發(fā)。
    該 Z32F128 應(yīng)用代碼的節(jié)能功能包括：
    電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流降低
    3 霍爾傳感器反饋正弦 PWM 調(diào)制
    基于微控制器的過(guò)流保護(hù)
    可調(diào)速度和電流（頻率和正弦幅度）
    可選擇控制電機(jī)方向
    用于 PC 控制的 UART 接口
    LED 指示電機(jī)運(yùn)行
    LED 指示 UART 控制
    LED 指示故障情況
    非易失性數(shù)據(jù)記錄器功能可記錄電機(jī)運(yùn)行狀況    使用傳感器正弦 PWM 調(diào)制的 BLDC 電機(jī)控制

    圖 1 Z32F128 MCU 架構(gòu)
    討論
    該正弦 PWM 驅(qū)動(dòng)器所基于的 Z32F128 微控制器具有高性能內(nèi)核；以高達(dá) 80 MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘頻率執(zhí)行指令。
    CPU 最多可訪問(wèn) 128 KB 內(nèi)部閃存（一次 32 位），以提高處理器吞吐量。高達(dá) 12 KB 的內(nèi)部 RAM 可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、變量和堆棧操作。
    與塊換向 PMSM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法相比，PWM 正弦操作具有一定的優(yōu)勢(shì)，最顯著的是其較低的電氣噪聲和較低的聲學(xué)噪聲特征。相比之下，塊換向方法通過(guò)在換向之間打開(kāi)和關(guān)閉電機(jī)的相繞組，導(dǎo)致通過(guò) PMSM 電機(jī)線圈的劇烈電流轉(zhuǎn)換。PWM 正弦方法不會(huì)在電機(jī)線圈中產(chǎn)生這些嚴(yán)酷的電流轉(zhuǎn)換，因?yàn)殡娏骱拖嚯妷罕举|(zhì)上是正弦曲線。通過(guò)正弦 PWM 控制進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行可以比塊換向電機(jī)以更高的效率運(yùn)行電機(jī)。
    由于 PWM 正弦驅(qū)動(dòng)器方案屬性的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于某些關(guān)注紋波電容器和滾珠軸承的壽命以及電噪聲的應(yīng)用，PWM 正弦操作可能是更好的選擇。
    正弦 PWM 驅(qū)動(dòng)方案可用于驅(qū)動(dòng) PMSM 或 BLDC 型電機(jī)，但是，為了利用正弦驅(qū)動(dòng)方案，PMSM 型電機(jī)可能會(huì)由于其正弦繞線相位而顯示出最佳結(jié)果，這也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)幾乎無(wú)齒槽運(yùn)行，紋波扭矩極小。
    在每個(gè) Z32F128 產(chǎn)品中，新穎的器件架構(gòu)允許實(shí)現(xiàn)以下增強(qiáng)的控制功能；本節(jié)對(duì)每個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了描述。
    速度控制時(shí)間戳
    集成運(yùn)算放大器
    高度可配置的多通道 PWM 定時(shí)器，具有周期和占空比中斷功能
    速度控制時(shí)間戳
    16 位定時(shí)器的捕獲功能可用于獲取霍爾傳感器電氣計(jì)時(shí)周期的時(shí)間戳。在預(yù)定義的霍爾狀態(tài)下，讀取異步操作定時(shí)器的值，并使用 PI 閉環(huán)控制將其值與計(jì)算出的速度參考值進(jìn)行比較。
    集成運(yùn)算放大器
    家電控制器幾乎總是通過(guò)使用傳感器和無(wú)傳感器技術(shù)與 ADC 結(jié)合檢測(cè)流經(jīng)電機(jī)繞組的電流來(lái)監(jiān)控電機(jī)速度。通常，ADC 的采樣實(shí)例由 MCU 同步。在這個(gè)過(guò)程中，通常需要使用外部運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；接下來(lái)，ADC 對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出到處理器。然后處理器合成 PWM 輸出來(lái)控制電機(jī)速度。對(duì)于 Z32F128 MCU，片上集成運(yùn)算放大器無(wú)需外部組件，從而降低了總體系統(tǒng)成本。
    多通道 PWM 定時(shí)器
    每個(gè) Z32F128 MCU 均具有靈活的 PWM 模塊，該模塊具有三個(gè)互補(bǔ)對(duì)（或六個(gè)獨(dú)立的 PWM 輸出），支持死區(qū)操作和故障保護(hù)跳閘輸入。這些功能為各種電機(jī)類型提供多相控制能力，并通過(guò)在故障情況下立即關(guān)閉 PWM 引腳來(lái)確保電機(jī)的安全運(yùn)行。