电机控制

<font color="#FD8900"></strong>作者：Dara O'Sullivan(系统工程师)和Maurice Moroney (技术营销经理)，ADI公司<strong></font>

<strong>隔离类型简介</strong>

隔离用户及敏感电子部件是电机控制系统的重要考虑事项。安全隔离用于保护用户免受有害电压影响，功能隔离则专门用来保护设备和器件。电机控制系统可能包含各种各样的隔离器件，例如：驱动电路中的隔离式栅极驱动器；检测电路中的隔离式ADC、放大器和传感器；以及通信电路中的隔离式SPI、RS-485、标准数字隔离器。无论是出于安全原因，还是为了优化性能，都要求精心选择这些器件。

虽然隔离是很重要的系统考虑，但它也存在缺点：会提高功耗，跨过隔离栅传输数据会产生延迟，而且会增加系统成本。系统设计师传统上求助于光隔离方案，多年来，它是系统隔离的当然选择。最近十年来，基于磁性(变压器传输)方法的数字隔离器提供了一种可行且在很多时候更优越的替代方案；从系统角度考虑，它还具备系统设计师可能尚未认识到的优点。

<font color="#FD8900">作者：Anders Frederiksen，ADI公司</font>

基于模型的设计(MBD)经过数十年的探讨，直到最近几年才发展为完整的设计流程：从模型创建到完整实现。在1970年代，仿真可采用模拟计算平台，但是控制硬件却只能借助晶体管实现。2000年代仿真工具的发展迎来了图形化控制原理图输入工具和控制设计工具，大大简化了复杂的控制设计和评估任务。但是，控制系统设计师仍然需要编写C语言来开发硬件控制算法，以反映仿真设计的情况。

在本视频中， 强调了基于ADSP-CM40X的开发所需的软硬件准备，介绍利用IAR开发和运行Hello Word、LED程序所需的配置，使用硬件浮点加速单元，ADSP-CM40X的驱动和系统服务程序等

视频中介绍了ADSP-CM40X支持软件包，包括安装包的内容、安装路径、驱动和应用程序接口、工程配置选项、管脚复用自动代码生成工具、以及以软件包内的示例工程为基础开发的UART二阶启动代码。

作者：Dara O’ Sullivan、Jens Sorensen、Aengus Murray，ADI公司

本文描述了围绕基于ARM®的嵌入式电机控制处理器构建的基于模型设计(MBD)平台的详细情况。随后，本文提供最初部署的基本永磁同步电机(PMSM)控制算法示例，并介绍了方便的功能扩展，以包含自动化系统的多轴位置控制。

长期以来，系统和电路建模一直是电机控制系统设计的重要方面。采用MBD方法后，电气、机械和系统级模型用于在构建和测试物理硬件前评估设计概念。MathWorks最新的仿真工具可以对
完整的嵌入式控制系统进行建模，包括电气电路和机械系统领域。同时，嵌入式编码工具从控制系统模型生成C语言代码，将控制算法部署在嵌入式控制平台上。

这些工具实现了基于模型的设计过程，人们可以在最终硬件测试前先在仿真平台上进行设计并完全测试。成功构建MBD平台的关键是分隔系统模型和嵌入式软件代码。一旦MBD平台使用已知算法和系统进行测试后，便可开发新算法，并在仿真平台上以系统工作极限安全地测试。

完整的设计流程

<font color="#FD8900">作者：Anders Frederiksen</font>

<strong>内容提要</strong>

面向电机和功率级动态特性的高级建模技术可以大幅提高电机控制效率，确保根据系统行为的实时变动实行精密控制。通过无传感器矢量控制技术，设计人员可以增强电机系统的性能，降低功耗，并且符合旨在提高能效的新法规要求。基于新一代数字信号处理技术的新型电机控制方案有望加速先进控制方案的运用。

在过去十年中，随着永磁体材料的不断发展和勘测到的资源越来越容易开采，采用永磁体同步电机(PMSM)的工业应用高性能变速电机越来越多。使用PMSM驱动的先天优势包括：高扭矩重量比、高功率因数、响应更快、结实耐用的构造、易于维护、易于控制以及高效率。高性能速度
和/或位置控制要求准确判定转轴位置和速度，使相位激励脉冲与转子位置同步。 因而电机轴上需安装绝对编码器和磁性旋转变压器等速度和位置传感器。然而，在大多数应用中，这些传感器会带来多种弊端，例如：可靠性递减，易受噪声影响，成本和重量增加，以及驱动系统更复杂
等。无传感器矢量控制则不需要速度/位置传感器，因而这些问题也就不复存在。

<strong>简介<strong/>

功率因数校正(PFC)对于工业电机驱动来说越来越重要。这主要 是因为公用事业公司一端加强谐波含量监管所导致的。但部署 PFC也有好的一面,比如改善整体系统效率、导体额定值和分配 电压质量;这些优点对于工业环境下的其他负载(如直接在线感 应电机和变压器)可能是很重要的。PFC可以使用有源电路拓扑 来实现,比如单相[1]或三相升压型整流器[2],或者通过无源方 式实现;后者需正确使用低频电感和电容,以便形成交流线路 电流包络。两种形式的PFC均试图重现正弦或近似正弦的线路 电流,并与线路电压同相,从而最大程度减少来自公用事业公 司、产生损耗的谐波电流和无功功率流。有源和无源PFC之间的 权衡取舍与成本、无源元件权重和数量,以及PFC相关损耗 有关。

在单相电机驱动中,有源PFC使用广泛。对于三相系统而言, 无源谐波校正使用更广,且三相线路上通常含有50 Hz或60 Hz大电 感,或者在整流器的直流侧含有单个电感。然而,在较高功率 下使用有源PFC能获得某些优势。有源PFC解决方案(直流或交流侧)可提供最优电感尺寸、更低的功率损耗、重量和最佳功 率因数。
在单相应用中(比如低功耗电机驱动),默认使用如图1所示的整流 器输入升压转换器。

在当今不断扩展的工业市场上,对电力的需求正以前所未有的速率增长。其中,超过40%的电力需求来源于各类工业电机。由于这 个原因,各国政府和全球认证机构正在面向电机OEM和最终用户制定新的法规以及更严苛的能效要求。就像很多伟大的技术创新一 样,市场上需要有一种迫切的需求,才会有所变革。

ADI早在多年前就意识到,更智能、高效率电机控制系统的新时代将是一个电机控制工业新标准涌现的时代。出于这样的认识,ADI 与战略合作伙伴共同开发了一个全面的集成式电机控制设计程序;这些战略合作伙伴都是各自领域内的专家(MathWorks,® ARM,® Boston Engineering,® IAR® systems和Xilinx®),目的在于解决整个系统的架构问题,实现效率最大化的同时改善系统精度和可靠性。

ADI以系统级的角度(见图1)来看待这些挑战,开发的产品不仅超越了性能规格,还代表了电路其他功能模块之间的最佳接口。这种系统 解决方案的方法让ADI能够为基于工业的客户提供完整的集成式解决方案,并在实现规格要求的同时帮助他们满足最新、最苛刻的能源法规。

作者：Frederik Dostal，ADI公司电源业务技术经理
许多超过某一功耗水平的交流供电系统都需要进行功率因数校正(PFC)，这是电力公司或政府的要求。PFC位于系统输入端，在二极管桥式整流器后面，但在所有输入电容之前。PFC电路的作用是确保输入端的电压和电流彼此同相。换言之，PFC是输送至电路负载的平均功率与视在功率之比。

除了降低视在功率以外，PFC电路还有助于大幅降低输入线路上的失真。无PFC情况下，负载产生的THD(总谐波失真)会对由同一电网供电的其他电路造成不利影响。PFC电路会优化功率因数，同时降低THD。许多系统中，功率因数的重要性不及高THD带来的干扰。

本文介绍一种利用ADI公司带监控功能的ADP1047和ADP1048数字PFC控制器设计极其灵活且功能丰富的PFC电路的简单方法。设计工作利用直观的图形用户界面完成。另外还会结合电机驱动应用讨论这种方法的优势。

<strong>不同PFC电路</strong>

<font color="#0000C6"><strong>提供米勒箝位的单电源/双电源高电压隔离IGBT栅极驱动器 </font>

ADuM4135是一款单通道栅极驱动器，专门针对驱动IGBT进行了优化。 ADI的iCoupler® 技术支持在输入信号与输出栅极驱动器之间实现隔离。

ADuM4135提供米勒箝位，以便栅极电压低于2 V时实现稳健的IGBT单轨电源关断。可采用带有或不带有米勒箝位的单极性或双极性副电源工作。

ADI芯片级变压器还提供芯片高压域与低压域之间的控制信息隔离通信。 芯片状态信息可从专用输出回读。 当器件原边出现副电源故障后，对器件复位进行控制。

去饱和检测电路集成在ADuM4135上，提供高压短路IGBT工作保护。 去饱和保护包含降噪特性，比如因初始启动切换事件以屏蔽电压尖峰后，屏蔽时间为300 ns。 内部500 µA电流源可确保很少的器件数量，但如需提高抗噪水平，内部消隐开关也支持增加外部电流源。

副边UVLO设置为11V，并注意公共IGBT阈值电平。