利用先进的 MCU 技术实现电机高效率控制 

    电机对能耗的贡献率在美国接近 50%，因此降低电机能耗能有效地提高能源利用率，
而采用先进的微控制器(MCU)技术来实现电机控制是一种有效的方法。本文介绍了最新的
电机控制 MCU

 

技术发展及其应用。

    降低能耗的一个主要对象是电机，它消耗了美国总能耗的大约 50%。家庭里随便都可以
找到超过 50 个电机，一般会有 70 到 80 个，在工业领域，工厂自动控制对电机的利用也

 

很广泛。

    今天，MCU 技术的最近发展允许电机能在更低的成本下更高效地运行。在某些市场上，
这能加快从机电向电子控制的转变，从而能实现变速电机控制以优化电机的工作效率，

 

并在器件的层面上降低所有应用的成本。

    低成本无刷直流电机控制 MCU 

    与经常应用在电机控制中的有刷电机相比，MCU 控制的无刷直流(BLDC)电机消除了
刷子磨损和弧形机构，这样电机的寿命本质上仅仅受限于轴承的寿命。此外，基于 MCU
的 BLDC 电机系统的优势还包括高效率、高转矩-惯量比、更高的速度性能、低噪声、更好的
热效率和低 EMI

 

特性。

    利用专门设计用于电机控制的大批量生产的 8 位 MCU 是一种解决数字电机控制问题的
非常低成本方法。由于具有高达 10MIPS 的性能和运动控制专用硬件(包括中心准直的 14
位 PWM、一个运动反馈模块以及一个高速 ADC)，以前需要很贵处理器的应用现在可以使
用低成本的 8 位 MCU

 

解决。

    某些 MCU 里的三相 PWM 控制，如 PIC18F4431，可以用硬件提供一个 BLDC 的所有三
项控制，尽量减少必须开发和调试的软件。高达 8 个可用的 PWM 通道，通常只需要 6 个
来驱动三相电机。因此，剩下的两个通道可以用作其他功能，而不需要额外的器件。作为
MCU

 

的主要部分的带积分编码器接口的运动反馈模块减少了器件数量和系统成本。

    具有采样率为每秒 200K 的 ADC 的 MCU 可提供闭环控制所必要的速度。两个不同通道
的同时采用使得对电压和电流同时采样成为可能。在测量闭环电机控制中后端电动势
(EMF)时需要这样的快速转换，在上升或下降沿使 ADC 与 PWM 同步的能力使切换噪声
最小化。总之，这些模块使得不需要外部电机控制器件，如高速 ADC

 

和位置编码器。

    在很多电机控制应用中，故障安全操作(fail-safe operation)非常重要。带有故障安全时钟
监视器(一个内部 RC 振荡器，可以在晶振产生故障的时候用作备用时钟)的 MCU 使设计
工程师可以用能提供高可靠性的数字控制。像在 PWM 上的可编程停滞时间(deadtime)延时
使切换噪声最小化，可以减少数周的开发时间，并满足关键的程序最终期限要求以使新
产品得以面市。在所有的情况下，带有可靠闪存的 MCU 提供快速面市的可能，以及在安

 

装之前或在使用中根据要求变化来调整的灵活性。

    

 

市场推动因素及解决方案