高压电机控制系统的设计考量

在现代机器人设计中，头部、颈部、四肢的任何活动都需要各种各样电机的支持
如传统的旋转电机、步进电机、直线电机和其它特殊电机，但这些电机的驱动和
控制要求各有不同，如何实现各种电机的精确控制解决方案？如何以最低的功
耗实现对它们的控制？常常对设计师来说是一大挑战。本文将详细地讨论高压电
机控制系统的各核心子系统在具体实现时应注意哪些问题。
　　高压交流（

HVAC）电机、工业逆变器或高压永磁无刷电机是高电压系统的

几个例子，它们典型地按他们的马力进行分类。虽然仍是最常见的，但其他类型
电机也已经出现，如直线电机和内嵌各种激励器实现的齿轮头电机。数字电机控
制解决方案允许精确地控制这些机械驱动机构的位置、速度和转矩。在这类大型
机械驱动机构中的

MOSFET 通常容量超过 600V。

　　例如，

TI 有栅极驱动解决方案 TPS2829，一个同相高速 MOSFET 驱动器。

当结合反馈环路中的

TLV3501 比较器时，这些系统中的栅极就可以进行数字控

制。另外，

TI 的 MOSFET 驱动器（如 UCC37321 或 UCC37323）可以直接驱动

小马达或驱动功率器件，如

MOSFET 或 IGBT。

　　高压电机控制系统的主要设计考虑因素
　　高压电机控制系统的核心子系统包括：控制器、隔离、控制器接口和运动反
馈。
　　控制器：

TI 还提供一系列的控制处理器解决方案，从超低功耗 MSP430 微

控制器到

TMS470 基于 ARM7 的处理器和 C2000 数字信号控制器（DSC）。恰

当的控制器可以优化电机驱动效率，提高可靠性和降低整体系统成本。

C2000 控

制器的

32 位 DSP 水平的性能和针对电机控制优化的片上外设使用户可以轻松

地实现先进的算法，如三相马达的无传感器矢量控制。

C2000 系列控制器（从低

成本

F28016 到业界首个浮点 DSC TMS320F28335）都保持软件兼容。

　　隔离：
TI 的数字
隔离器具
有逻辑输
入和输出
缓冲器，
它们采用
二氧化硅
进行隔离，
提供

4kV

的隔离能
力。与隔
离电源结
合使用时，
这些器件