面向低成本變速應用的“即用型“交流感應電機控制IC

前言

由于能夠節省能源，并采用了更為先進的控制技術，感應電機變速控制在過去十年中的使用量呈現顯著增長態勢。這對那些只需要在很少的時間段內進行全速運行的應用來說尤其如此，如某些風扇和泵站負荷等。由于線路連接交流電機具有速度難以控制的特征，類似的負荷需求變化過去一直通過控制電機和載荷來進行處理，這與用油門踏板驅動汽車、用剎車控制速度非常相似。然而，通過直接控制電機的運行速度，與直接的線路連接電機操作相比，某些應用可節省高達75%的電能。

在實現對變速交流電機的控制方面，有多種先進程度各不相同的技術。如果所有運行速度都需要高帶寬扭矩控制，就要采用轉子轉速傳感器或利用電機本身作為反饋傳感器的現場控制技術。由于交流感應電機在本質上不同步，因此完成這一操作所需的計算通常需要一片高性能控制器來完成，比如DSP。然而，實際上很多(如果在數量上不是大多數的話)變速交流電機控制應用只要求適度的扭矩控制性能，頻率可以低至5Hz。在這些情況下，只控制電機的波形電壓和頻率(伏特/赫茲控制)是最為經濟的手段。

如果不考慮所選的控制拓撲，不可否認，開發變速驅動器的很大一部分任務就是軟件的開發以及與之相關的工具投入。由于MC3PHAC不需要編程，就省去了這一部分要求，從而可以縮短項目的總體開發和調試時間。作為一個"固定"解決方案，平衡這些優勢必須以降低靈活性為代價來實現。然而，該解決方案在設計之初就已經充分考慮到這一點，確保通常由高性能交流驅動的大多數系統關鍵參數都能進行動態配置，從而使MC3PHAC得以用于多數變速配置之中。此外，MC3PHAC還使用了一個串行接口，該接口采用特殊的通信協議，使PC或微控制器可以作為主機來實時配置運行特征并控制電機。例如，通過主機軟件，計算機可以對伏特/赫茲關系進行完全控制，使MC3PHAC能用于可變扭矩和恒定扭矩的變速應用中。

先進的電機控制 PWM

MC3PHAC功能的核心是一個先進的PWM模塊，它是專為滿足高性能交流驅動的苛刻要求而設計的。該模塊在8 MHz 頻率上運行(循環發送間隔時間為125nS)，在3組配套PWM中生成6個居中排列的PWM信號。這就使MC3PHAC能直接連接到幾乎所有三相交流電機驅動都固有的變頻器上，如圖1所示。高端PWM信號的極性可以獨立于低端PWM極性進行指定。在每個補充信號線對的on-times 之間插入停滯時間，而且停滯時間可以在125 nS的增量內調整為0至32 μS之間的任何值。

圖 1. 使用MC3PHAC的典型三相交流電機驅動

PWM信號的頻率可以指定為表1顯示的4個PWM頻率及每個頻率的有效PWM分辨率中的一個。每路PWM輸出從一個512條目的表中合成而來，該表由8比特值組成，如圖2所示。盡管這會把最大值分辨率的輸出波形限定在8比特，但并不意味著PWM分辨率本身也限定在8比特，對那些較小的調制指數來說尤其如此。PWM分辨率定義了在整個調制范圍(0%到100%)內可以有多少個不同的值，這些值與輸出波形的最大值分辨率不同。

表1. PWM頻率及相應的分辨率

圖2. MC3PHAC中用于波形合成的表

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