設計高性能和低功耗的電機控制系統（二）

功率因數校正

　　PFC可確保電流波形遵循電壓波形，不論負載或輸入條件出現任何變化，它都能將輸出直流電壓調節為常量。當以有源數字方式執行PFC時，PFC能更加精確，并能消除電壓和電流之間的所有相移。減少諧波電流含量非常具有吸引力，因為它表示已抽運且未使用的無功功率。功率因數的重要性在于這一事實：公用事業公司向客戶提供伏安，卻以瓦特計費。低于1.0的功率因數要求公用事業公司生產的伏安數大于提供實際功率（瓦特）所必需的最小伏安數。

　　此外，PFC還用于平緩功耗和調節輸出電壓。例如，當冰箱中的壓縮機開啟時，它會在電力網中產生巨大的負載，通常表現為壓降。這類功率峰值和諧波會損害脆弱的電子系統。當系統達到峰值時，如果沒有PFC，它們傾向于抽運未消耗的功率，因而會降低總效率。此外，即使是在動態負載下，PFC也能讓直流總線電壓保持穩定。

　　PFC對動力傳動鏈下游也有進一步影響。由于電力公司需要生成更大的功率電容以適應峰值，因此，行業鼓勵電子產品制造商采用PFC等技術來平緩功耗。在某些情況下，必須采用PFC - IEC 60730要求歐洲市場出售的白色家電中必須采用PFC。

　　PFC的模擬或無源實施被鎖定為單個模式，對操作條件變化的反應能力有限。相反，有源或數字控制的PFC能作用于并適應操作條件的變化。例如，當空調即將打開壓縮機時，PFC能在瞬時中斷時主動補償較大的負載。這不僅能減少生成的瞬態數量，還能使功率使用更為高效。數字PFC的靈活性也使開發人員可使用可能比PFC無源實施更復雜的PFC拓撲。

　　不可小覷高分辨率PWM和A/D轉換器對有效PFC的重要性。維持模擬和數字域交匯處的信號完整性極其重要，因為這些交界處出現的任何錯誤都會降低性能。

　　多個電機的控制

　　許多系統都使用多個電機。例如，HVAC系統需要管理一臺壓縮機和一臺風扇。大多數實施要求每個電機和其他電機使用獨立的控制器以實施PFC。

　　C2000 Piccolo MCU是第一種能夠使用單芯片通過PFC管理兩個電機的控制器。許多MCU沒有為控制多個電機及執行主動PFC所需的計算能力或集成外設。例如，控制電機可能需要工作頻率高達20KHz的控制回路。另一方面，PFC需要約為50至100KHz的工作頻率。為了可靠地執行此類高頻控制算法 - 這種情況下為兩個控制電機和一個管理PFC - MCU必須能夠在幾乎無延遲的情況下迅速有效地處理計算。

　　控制多個電機的能力不僅可以降低系統成本，還可以提高總功率效率和性能。對于操作雙電機的應用，兩個電機都受相同MCU的控制，這一事實能夠讓控制器協調一臺電機相對于另一臺電機而言的加速速度。此外，由于兩個電機都抽運相同的電流源，也可以對PFC實施進行協調以取得更佳結果。

　　無傳感器控制

　　另一個潛在成本節約方面在于無傳感器反饋。可使用建模技術來精確地確定電機位置或速度，而非使用速度和/或位置傳感器。要控制PM無刷直流電機，位置和速度信息至關重要。在當今許多系統中，傳感器都用于收集此數據，將此作為控制算法的輸入。但是，從規模、成本、維護和可靠性角度來看，這些傳感器并不具有吸引力。

　　對于某些應用，傳感器絕對必要。例如，用于醫院呼吸機的氧氣泵需要足夠的精度來確保固定流速。使用自定義電機時，創建精確的模型可能會非常困難。對于非常低速的系統應用，可能不存在足夠的反饋來支持無傳感器實施。

　　然而，對于許多應用（包括白色家電）而言，這種精度并非必要，因此，可引入無傳感器控制以降低系統成本。例如，當永磁同步電機處于使用狀態時，可使用名為滑模觀測器的動態模型替代傳感器，該觀測器的實施既強大又簡單。此外，可通過最壞情況下極低的速度誤差實現較高的功率效率。

　　消除傳感器的使用需要控制器模擬電機的狀態，這樣便能正確估算出相應的位置/速度。為了保持足夠的模型精度，需要對電壓進行精確的高頻監控。對于這