設計高性能和低功耗的電機控制系統（一）

　　● 雙內部高精度振蕩器；無需外部晶體

　　● 12位A/D轉換器具有16通道，最大采樣頻率為每秒4.6兆樣本

　　● 多達19通道的PWM輸出，具有可配置自動死區

　　● 19個PWM通道中有多達8個可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150皮秒

　　● 增強型正交編碼器脈沖（QEP）和增強型捕捉外設（eCAP）可以簡化傳感器解碼

　　精確和準確控制

　　Piccolo架構提供極佳的處理功能，達每秒4000至8000萬條指令（MIPS）。這樣的高性能使開發者不僅能夠同時監視和控制多個電機，還能夠執行更復雜的控制算法以實現更高的精度、更流暢的性能和更低的功耗。例如，單一Piccolo MCU能夠在控制兩個電機的同時維持有源PFC控制，并且仍然有足夠的處理能力來執行高級電機控制算法，例如無傳感器的磁場定向控制（FOC）。

　　脈寬調制（PWM）在產生供應給電機或高性能電源的電壓或電流中發揮重要的作用。控制算法的最新改進使開發人員能夠實施高度精確的算法，以提供與系統行為實時變化相適應的動態控制。FOC具有很多優勢，包括低速的全電機扭矩功能、出色的動態行為、跨越很大速度范圍的高效率、對扭矩和磁通的解耦控制、短期過載功能和四象限操作。但是，FOC也要求比標準的控制方案明顯更加復雜的計算。

　　FOC原理是通過對電機的相電流進行采樣來控制定子磁場的角度和振幅分量，然后進行轉換，使其易于控制。電機的三相電流通過ADC讀入系統。這些相電流處于三相旋轉域內，并使用Clarke變換將其轉換為二維旋轉域。由此，可使用Park變換將這兩個相位轉換到固定域內，如圖1所示。Clarke和Park變換可被可視化為彼此的矢量投影，如圖2所示。Park變換會產生通量分量Id和轉矩分量Iq。永磁電機的電機轉矩僅取決于轉矩分量Iq。因此，最便捷的控制策略即是將通量分量（Id）設置為零，這將最大限度地減少轉矩電流比并提高電機效率。電流分量的控制需要具備有關瞬時轉子位置的知識。轉子位置既可使用無傳感器技術計算，也可使用傳感器測量。由于Park變換的輸出位于固定域中，因此可使用PID回路等傳統技術進行控制。然后可將PID回路的輸出輸入到逆向Park、逆向Clarke中，然后直接輸入到電機驅動器。

　　圖3所示為完整的FOC電機控制系統，該系統使用無傳感器技術以獲取轉子位置。三相逆變器的ADCINx和ADCINy輸出是三個相電流之二；第三種很容易計算。如上所述，相電流從此處輸入Parke和Clarke變換中。此無傳感器系統根據三相電流的反饋使用“SMOPOS”和“SMOSPD”計算轉子位置，消除了使用昂貴傳感器的需求。

　　FOC是一種針對使用永磁（PM）電機的系統而設計的重要技術。PM電機在白色家電中的普及度日益增加，它們具備更高的功率密度且不易磨損，因此效率非常高。

　　開發人員僅需提供幾個矢量和旋轉方向就可實現輸出的實時信號更新。FOC等先進的控制機制是提高性能但不增加成本的重要技術。Piccolo架構大幅簡化了對稱PWM波形的生成。利用Piccolo MCU，開發者可以輕松引入更改精確的控制，同時仍然為PFC留出足夠余量。事實上，TI是第一個以2–6美元的價格點在單芯片上同時支持PFC和FOC功能的公司。