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馬達反饋信號

　　馬達和電源控制電路需要提供各種信號，這些信號視馬達的類型及控制算法而定。采集一種反饋信號的方法很多。例如，許多馬達控制算法需要知道負載中的相電流。測量相電流的最簡單方法是使用霍爾效應(yīng)電流傳感器。霍爾傳感器與驅(qū)動馬達的高壓電路完全隔離，它使用邏輯電路的電源，連接到MCU或者DSC中的A/D轉(zhuǎn)換器時所需元件極少，缺點則是成本高。

　　測量相電流的另一個方法是采用PWM電流傳感器IC。它測量一只與負載串聯(lián)、對電流敏感的電阻器上的電壓降。經(jīng)過設(shè)計，這些器件基于功率輸出級輸出的滿幅電壓上下浮動，并采用自舉電源供電。這種傳感器的輸出是PWM信號，它的占空比與感應(yīng)電阻器中的電流成正比，并有兩種方法與微控制器連接。第一種方法是采用一個RC濾波器網(wǎng)絡(luò)對PWM的輸出信號濾波，并把它轉(zhuǎn)換成模擬信號。這個方法的缺點是，控制算法要求濾波器輸出中沒有紋波和相位誤差。此外使用濾波器也增加了設(shè)計的成本。另外一個方法是直接把PWM的輸出信號送到微控制器上的輸入采集外設(shè)引腳上（圖3）。這一外設(shè)在輸入信號處于上升沿和下降沿（或兩者）時采集數(shù)字時基信號的脈沖數(shù)，并用應(yīng)用軟件進行處理，從而計算出輸入信號的周期、頻率或者占空比。

　　當控制器上有“輸入采集”引腳時，我們也可以在設(shè)計中加上隔離式模擬放大器，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換來得到相電流。用V/F或者電壓/PWM轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。模擬信號可用數(shù)字式光耦合器通過隔離電路傳到控制器。與模擬隔離方案相比，V/F轉(zhuǎn)換器+光耦合器方案成本較低。

　　測量相電流的第三個方法是，在電源級電路的每個低端晶體管源極串聯(lián)一只感應(yīng)電阻器（圖4），用差動放大器來放大電阻器兩端的電壓，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。在使用這個方法時，A/D轉(zhuǎn)換器必須與控制晶體管的PWM信號同步。為了得到精確的電流信號，應(yīng)當在電源輸出級中的低端晶體管開通時進行測量。在使用分流電阻進行測量時，內(nèi)建有A/D同步邏輯電路的控制器很有用。

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　　進行軟件開發(fā)

　　用傳統(tǒng)的仿真器來開發(fā)馬達控制軟件比較困難。使用仿真器時，設(shè)計人員可以在任何時刻停止應(yīng)用軟件的執(zhí)行，以便查看寄存器值以及代碼執(zhí)行情況。但是，在某些時刻停止軟件執(zhí)行其實會對馬達和電源電路造成極大影響。

　　在停止軟件執(zhí)行時，PWM 控制值不再更新，馬達和電源輸出級電路中便會出現(xiàn)較大的直流電流。為了解決這一問題，應(yīng)該通過仿真器將PWM信號置于不會損壞負載的狀態(tài)。例如，dsPIC30F系列PWM外設(shè)部件可在仿真器停止時將所有PWM輸出引腳設(shè)置在低電平狀態(tài)。這時所有輸出器件都關(guān)斷，馬達慢慢停下來。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，加入額外的硬件保護功能十分有用。這些功能可在產(chǎn)品開發(fā)過程出現(xiàn)軟件錯誤時保護硬件不受損壞，并可在正式生產(chǎn)時去除以節(jié)省成本。這些功能包括限流、總線電壓過載保護及在高、低端晶體管同時導(dǎo)通時關(guān)機。

　　本文小結(jié)

　　在選定某種控制器后，我們便要選擇相應(yīng)的元件來連接控制器和電源輸出級電路。通用MCU能夠滿足算法需求，但是它可能不具備與馬達控制直接相連的外設(shè)部件。我們必須在接口電路中增加相應(yīng)硬件，以保護輸出器件或處理反饋信號。

　　作者：Steve Bowling

　　Microchip Technology Inc.

　　首席應(yīng)用工程師