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基于PSoC4的空间矢量脉宽调制方案

上网日期: 2014年04月14日 ?? 作者: 李飞飞 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:PSoC4? 电机控制? 矢量控制? 脉宽调制?

矢量控制(FOC)是空间矢量脉宽调制最重要的应用之一。矢量控制,又名磁场定向控制,其特点是通过坐标变换技术把交流电机定子电流分解为转矩和磁通分量,从而实现像直流电机一样的控制电机的输出转矩和磁通。矢量控制广泛应用于永磁同步电动机(PMSM)的控制。

目前市场上较为常用的FOC方案会采用DSP、ASIC或通用MCU进行控制。DSP运算能力高,实时性强,常用于FOC控制,但存在着成本较高的缺点。ASIC将FOC固化在芯片内部,无需编程,但会带来算法无法修改、不够灵活的缺点。通用MCU种类较多,平台复杂。常用的几种方案一般至少还需要2个外部运放完成电流采样。

另外还有一种基于PSoC4的方案,该方案利用PSoC4内部丰富的数字及模拟资源及独有的可编程特性可实现高度集成化、低成本的矢量控制。图1显示了PSoC4矢量控制(无传感器)硬件控制框图。PSoC4内部集成四个独立的可支持中央对齐、互补的可编程死区及同步ADC操作的TCPWM模块,可用于SVPWM输出;一个支持零开销通道切换功能的12位1Msps ADC,用于电流采样;两个支持比较器模式及SAR ADC输入缓冲功能的运算放大器,可省掉两个外部运放。丰富的片内资源可将矢量控制主控电路所需芯片集成到一片芯片中,实现高度集成化。

  

PSoC4 无传感器FOC硬件控制框图(电子工程专辑)
图1:PSoC4 无传感器FOC硬件控制框图。

  

相对于其他解决方案,基于PSoC4的无传感器FOC解决方案具有以下特点优势:

1. 采用高性价比的Cortex-M0内核。Cortex-M0是市场上现有的最小、最节能的ARM处理器,代码占用空间小,能以8位处理器的价格获得32位处理器的性能,可明显节约系统成本。

2. 内部集成两个支持比较器模式及SAR ADC输入缓冲功能的运算放大器。目前市场大部分解决方案均需外部运放完成电流采样,采用PSoC4可从系统BOM表中移除外部运放,减少系统成本。

3. 内部集成两个低功耗比较器,可用于硬件保护或错误信号处理。市场常用解决方案大部分采用外部比较器完成此功能。采用PSoC4可进一步减少BOM,降低成本。

4. 减少PCB空间及BOM成本。

5. 固件IP保护。PSoC提供了极强的软件/硬件IP保护能力,这对电机应用尤其重要。

6. 灵活的通讯接口。PSoC特殊的可编程架构提供了极为灵活的通讯接口,可满足各种应用的需求。


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