本應(yīng)用筆記介紹了使用 Z32F128 微控制器進行傳感器正弦 PWM 調(diào)制的 BLDC 電機控制。它還討論了如何利用霍爾傳感器反饋實現(xiàn)正弦 PWM 調(diào)制和相位角同步。
    Z32F128 微控制器，Zilog 的 ZNEO32 的成員！MCU 系列專為電機控制應(yīng)用而設(shè)計，該 MultiMotor 系列具有使用 MultiMotor 開發(fā)套件的片上集成陣列，包含特定于應(yīng)用的模擬和數(shù)字模塊。其結(jié)果是快速而精確的故障控制、高系統(tǒng)效率和動態(tài)速度/扭矩控制，以及易于定制應(yīng)用的固件開發(fā)。
    該 Z32F128 應(yīng)用代碼的節(jié)能功能包括：
    電機啟動平穩(wěn)，啟動電流降低
    3 霍爾傳感器反饋正弦 PWM 調(diào)制
    基于微控制器的過流保護
    可調(diào)速度和電流（頻率和正弦幅度）
    可選擇控制電機方向
    用于 PC 控制的 UART 接口
    LED 指示電機運行
    LED 指示 UART 控制
    LED 指示故障情況
    非易失性數(shù)據(jù)記錄器功能可記錄電機運行狀況    使用傳感器正弦 PWM 調(diào)制的 BLDC 電機控制

    圖 1 Z32F128 MCU 架構(gòu)
    討論
    該正弦 PWM 驅(qū)動器所基于的 Z32F128 微控制器具有高性能內(nèi)核；以高達 80 MHz 的內(nèi)部時鐘頻率執(zhí)行指令。
    CPU 最多可訪問 128 KB 內(nèi)部閃存（一次 32 位），以提高處理器吞吐量。高達 12 KB 的內(nèi)部 RAM 可存儲數(shù)據(jù)、變量和堆棧操作。
    與塊換向 PMSM 電機驅(qū)動方法相比，PWM 正弦操作具有一定的優(yōu)勢，最顯著的是其較低的電氣噪聲和較低的聲學噪聲特征。相比之下，塊換向方法通過在換向之間打開和關(guān)閉電機的相繞組，導(dǎo)致通過 PMSM 電機線圈的劇烈電流轉(zhuǎn)換。PWM 正弦方法不會在電機線圈中產(chǎn)生這些嚴酷的電流轉(zhuǎn)換，因為電流和相電壓本質(zhì)上是正弦曲線。通過正弦 PWM 控制進行電機運行可以比塊換向電機以更高的效率運行電機。
    由于 PWM 正弦驅(qū)動器方案屬性的優(yōu)點，對于某些關(guān)注紋波電容器和滾珠軸承的壽命以及電噪聲的應(yīng)用，PWM 正弦操作可能是更好的選擇。
    正弦 PWM 驅(qū)動方案可用于驅(qū)動 PMSM 或 BLDC 型電機，但是，為了利用正弦驅(qū)動方案，PMSM 型電機可能會由于其正弦繞線相位而顯示出最佳結(jié)果，這也會導(dǎo)致電機幾乎無齒槽運行，紋波扭矩極小。
    在每個 Z32F128 產(chǎn)品中，新穎的器件架構(gòu)允許實現(xiàn)以下增強的控制功能；本節(jié)對每個內(nèi)容進行了描述。
    速度控制時間戳
    集成運算放大器
    高度可配置的多通道 PWM 定時器，具有周期和占空比中斷功能
    速度控制時間戳
    16 位定時器的捕獲功能可用于獲取霍爾傳感器電氣計時周期的時間戳。在預(yù)定義的霍爾狀態(tài)下，讀取異步操作定時器的值，并使用 PI 閉環(huán)控制將其值與計算出的速度參考值進行比較。
    集成運算放大器
    家電控制器幾乎總是通過使用傳感器和無傳感器技術(shù)與 ADC 結(jié)合檢測流經(jīng)電機繞組的電流來監(jiān)控電機速度。通常，ADC 的采樣實例由 MCU 同步。在這個過程中，通常需要使用外部運算放大器將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；接下來，ADC 對電壓信號進行采樣，并將結(jié)果輸出到處理器。然后處理器合成 PWM 輸出來控制電機速度。對于 Z32F128 MCU，片上集成運算放大器無需外部組件，從而降低了總體系統(tǒng)成本。
    多通道 PWM 定時器
    每個 Z32F128 MCU 均具有靈活的 PWM 模塊，該模塊具有三個互補對（或六個獨立的 PWM 輸出），支持死區(qū)操作和故障保護跳閘輸入。這些功能為各種電機類型提供多相控制能力，并通過在故障情況下立即關(guān)閉 PWM 引腳來確保電機的安全運行。