基于PSoC4的空間矢量脈寬調制方案
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目前市場上較為常用的FOC方案會采用DSP、ASIC或通用MCU進行控制。DSP運算能力高，實時性強，常用于FOC控制，但存在著成本較高的缺點。ASIC將FOC固化在芯片內部，無需編程，但會帶來算法無法修改、不夠靈活的缺點。通用MCU種類較多，平臺復雜。常用的幾種方案一般至少還需要2個外部運放完成電流采樣。
另外還有一種基于PSoC4的方案，該方案利用PSoC4內部豐富的數字及模擬資源及獨有的可編程特性可實現高度集成化、低成本的矢量控制。圖1顯示了PSoC4矢量控制(無傳感器)硬件控制框圖。PSoC4內部集成四個獨立的可支持中央對齊、互補的可編程死區及同步ADC操作的TCPWM模塊，可用于SVPWM輸出；一個支持零開銷通道切換功能的12位1Msps ADC，用于電流采樣；兩個支持比較器模式及SAR ADC輸入緩沖功能的運算放大器，可省掉兩個外部運放。豐富的片內資源可將矢量控制主控電路所需芯片集成到一片芯片中，實現高度集成化。
圖1：PSoC4 無傳感器FOC硬件控制框圖。
相對于其他解決方案，基于PSoC4的無傳感器FOC解決方案具有以下特點優勢：
1. 采用高性價比的Cortex-M0內核。Cortex-M0是市場上現有的最小、最節能的ARM處理器，代碼占用空間小，能以8位處理器的價格獲得32位處理器的性能，可明顯節約系統成本。
2. 內部集成兩個支持比較器模式及SAR ADC輸入緩沖功能的運算放大器。目前市場大部分解決方案均需外部運放完成電流采樣，采用PSoC4可從系統BOM表中移除外部運放，減少系統成本。
3. 內部集成兩個低功耗比較器，可用于硬件保護或錯誤信號處理。市場常用解決方案大部分采用外部比較器完成此功能。采用PSoC4可進一步減少BOM，降低成本。
4. 減少PCB空間及BOM成本。
5. 固件IP保護。PSoC提供了極強的軟件/硬件IP保護能力，這對電機應用尤其重要。
6. 靈活的通訊接口。PSoC特殊的可編程架構提供了極為靈活的通訊接口，可滿足各種應用的需求。
空間矢量脈寬調制原理
SVPWM是近年發展的一種比較新穎的調制方法，是由三相功率逆變器的六個功率開關元件組成的特定開關模式產生的脈寬調制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形。與電壓正弦PWM不同， SVPWM法是從電機的角度出發的，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場，即正弦磁通, 模型構造簡單，便于數字化實現。與傳統電壓正弦PWM相比，該控制方法具有使得電機轉矩脈動降低、電流波形畸變減小、直流電壓利用率提高的優點。
圖2是一種典型的三相逆變器的結構， Va, Vb,Vc是逆變器的電壓輸出，Q1到Q6是6個功率晶體管，它們分別被a，a’，b，b’，c，c’這6個控制信號所控制。當逆變橋上半部分的功率管與下半部分的功率管為互補關系，即當a為1時，a’為0。
圖2：三相逆變器結構圖。
從圖3可以看出，開關變量矢量[a，b，c]有8個不同的組合值，即逆變橋上半部分的3個功率晶體管的開關狀態有8種不同的組合，故其輸出的相電壓和線電壓有8種對應的組合。開關變量矢量[a、b、c]與輸出的線電壓和相電壓的對應關系見表1。
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