从微控制器到执行器——电机驱动器应用的集成方案

目前，Q电机经常出现在很多应用于场合，也将之后被执着高精度定位的设计人员所自由选择。与此同时，其低能效、高性能及渐渐增大的尺寸等特性，使其对从剂量泵到执行器、阀及监控照相机等设备的吸引力日增。

业界还探索到更加多的应用于空间，如汽车前照灯及舞台灯光定位等动态应用于，而且它们的增强型加快能力，也将在贴片机、缝纫机等生产设备中发挥作用。控制策略虽然大多数Q电机被用作开环模式，但现代的许多设计却用于闭环控制技术。

后者的优势在于，保持转子现实方位与根据电气驱动信号获得的预计方位之间的关联，从而在维持精度的同时容许更加较慢的旋转。传统上，闭环系统仍然用于传感器或编码器就转子方位向驱动器电路获取对系统信息，从而产生实际方位与预计(电气)方位之间的关联。

这样的对系统不仅能更佳地掌控驱动电流以产生所需的加速度及转矩，还需要获取襟翼检测能力，从而避免失步。在构建基于传感器的掌控时，最少见的方法是用于霍尔传感器，尽管也不会有其他自由选择，如在转子轴上贴装光学编码及电位收等。最近，无传感器的闭环设计早已面世。

这些设计感测实际驱动电流及转子运动产生的反电动势，来计算出来转子的机械方位。ASSP协助构建Q电机掌控随着控制算法及驱动电路的演进，器件制造商大大研发日益简单的芯片来应付电机设计所遇上的诸多繁复工作。

例如安森美半导体AMIS-305xx系列等ASSP产品就构建了转换器，将倒数的步长切换为所需的线圈电流(可通过查询表或其他方式)。该系列还构建了使用H桥配备的驱动器晶体管、flyback二极管、经PWM的片上稳流，以及多种维护电路。

这样做到的最后结果，是单颗芯片就需要必要驱动Q电机。此类芯片通过如SPI总线等逻辑型模块接管到高层下一步方位指令，从而展开启动。

它们还原始构建了微步(micro-stepping)，不仅大幅提高精度，还在较低速率时提高转矩，减少可听得噪声，并避免步损(steploss)。此类ASSP分成两个明确的类别，典型代表是AMIS-305xx和AMIS-306xx系列。

后者更进一步获取几乎构建的解决方案，通过I2C或LIN模块接管高层指令。控制算法以状态机的形式构建在IC内，设计人员只需非常简单获取输出，告诉AMIS-306xx用于希望的微步大小按规定的加速度和仅次于速度将电机旋转至某特定方位。

这样的方案非常适合于定位监控照相机等应用于。工程师必须尽早建构施工设计。设计人员不用担忧运动算法中的动力学设计，因为这些已映射在ASSP中。他们只需设计电机的总体运动，而涉及IC可以构建如无传感器襟翼检测等先进设备特性，从而更进一步修改设计人员工作。

多芯片方法带给的优势虽然类似于AMIS-305xx这样的器件壮烈牺牲了如AMIS-306xx等turnkey方案中的一些特性及上市时间优势，但是设计人员却需要更为细致地控制系统的动态不道德。用于此类智能驱动器的设计人员使用更为传统的控制电路架构，用MCU或DSP运营控制软件并产生下一(微)步脉冲。

这个脉冲信号当作驱动器IC本身的输出。可以用于一个额外的SPI模块来规定电流幅值、Q模式、PWM频率等参数。反过来，该智能驱动器一般来说不会偏移获取状态标记、开路及短路警告等信息给控制器。

为了缩减基于传感器方案的BOM成本及设计复杂度，该驱动器一般来说也不会获取充足的对系统来构建闭环控制，从而也增加了外部传感器电路的复杂性及BOM成本。AMIS-306xx系列器件中，该对系统容许在运转较好的襟翼检测信号，从内部向构建状态机获取。但在AMIS-305xx系列中，对系统通过速度及阻抗角(SLA)输入插槽外部获取。

这竟然设计人员需要必要取得电机线圈通过转子磁极时线圈中感应器的反电动势的测量方法。从外部取得反电动势的测量方法为设计人员改良电机设计获取了各种可能性。因为容许设计人员得知转子方位及速度，当然也容许MCU在转子电气方位与预计方位之间展开较为。

尤为非常简单的应用于是构建襟翼检测。然而，也可以动态监测反电动势，产生实际方位与预计方位之间的动态较为。因此，其需要让电路得知什么时候可能会面对失步并采取措施。

此外，实际方位与预计方位之劣也为电机所用转矩获取了命令。实质上，随着电机上的机械阻抗减少，反电动势与电机线圈电流之间的相位差也随之减少这就是所谓的阻抗角。如果转子上的机械阻抗减少，实时取样反电动势不会产生倒数增大的结果。这就获取了构建简单转矩控制算法的可能性。

临床窗口也许最重要的是：这种现象在驱动器、电机和所用阻抗原始拆分的运作中获取了一个临床窗口。这对设计人员来说意义深远影响，从自由选择合理的电机，自始至终将修改跨越设计构建，再行到最后超过高质量及精密性。对于设计人员而言，反电动势测量的第一个应用于有可能是电机的自身自由选择，因为需要用于改进的控制策略来拓宽电机的工作容许。电机一般来说使用转矩与速率曲线对比展开密切相关，该曲线不会得出一个下限速度，多达了它电机就无法用于。

然而，运营电机不道德的特性并通过查阅SLA输入推断出电机获取的转矩，可能会展示出更为错综复杂的局面。一般情况下，电机会登录用作整步(full-step)模式。

随着速度减少，当抵达某个点时，电机转矩不会急剧下降。这一般来说就是累计(cut-off)点，电机制造商建议用户用于其产品时不要低于该速度。然而，如果电机使用完全相同的速度但用于了微步模式，转矩上升有可能压根就不是一个大问题。

随着速度更进一步减少，整步转矩回到到了在较低频率下就可取得的数值并不有意思。速率与转矩曲线的对比，看起来更加看起来notch函数，而非低通函数(闻图1)。

一般来说notch是由波动引发的。图1在电机上运营于是以特性容许设计人员构建这样的控制算法：在极低和极高速度下用于整步模式，并在测量到速度值正处于中间范围(较宽)时转换至微步模式。这样的操作者不仅对设计系统级方案的终端用户简单，还使智能电机(带上内置驱动器电路)制造商需要充份拓展其产品的特定范围。

就安森美半导体而言，我们早已找到这些改良能将电机的有效地速度范围扩展多达2或3倍。通过智能驱动器SLA插槽测量反电动势也需要用作终端系统不道德的确认，使设计人员需要防止电机在禁令的共振特征频率时工作。

这些频率是整个电机-驱动器-阻抗系统的特性，因此无法只能在数据表中看见。然而，监控SLA插槽时还是需要只能找到这些特性，因为它们不会在振动时显出(闻图2)。图2:监控SLA插槽时找到的共振特征频率这个问题一般来说利用尽量慢的特征频率来加快电机以求解决问题，这样做到避免了振动危险性。

享有现成的说明了系统危险性速率范围的临床方法，需要让设计人员较慢简单地准确找到问题，并因此大幅度延长上市时间。某些情况下，新的驱动器件的临床能力使设计团队可已完成以前难以解决的项目。动态转矩掌控内置临床还意味，系统设计需要使电机获取的转矩适应环境瞬时市场需求。

这在控制器确认有可能将要经常出现步损的情况下很简单：它通过获取更大转矩展开号召。但内置临床更加强劲的地方，也许是需要构建自动速度功能。在这种情况下，MCU拒绝智能驱动器电路以有可能的仅次于速度将电机带上至希望方位。

然后在这个动作期间，用于反电动势反馈机制确认否及何时采行下一步动作。这种方法有双重优势。继续执行登录动作所需的功率减为，而动作再次发生所使用的时间亦减为。这两个结果有关联：电机精确传送适度的瞬时转矩来尽量慢地旋转转子，而且该事实也指出系统充分利用了获取给它的能量。

这类优势对用于Q电机的应用于极具吸引力，这些应用于一般来说高度动态化，但不牵涉到倒数的动作。如贴片设备这样的产品必须需要准确已完成脑溢血动作，速度要尽量地慢，而且之后改向下一个原作点要某种程度地慢。

而且，尽管在大功率应用于中这些并不少见，所以节约能源并不具备固有优势，但是，增大功率拒绝的确带给冲击效应：有可能将电机的功率获取分析在更加相似于系统额定不道德而非其峰值功耗的水平。这一般来说回应需要用于70牛米(Nm)的电机而非100Nm的电机。总结在较慢、准确及动态的动作掌控应用于中，Q电机是更加普及的另一自由选择。

随着电机技术的发展，智能驱动器/控制器ASSP也兴起出来，且需要高效地驱动这些电机。当今的器件为设计人员获取了以总线掌控而工作的整体IC的自由选择，也获取了更为灵活性的方案，首创空间实践中创意特性，并为这技术寻获新的应用于。这些ASSP除了获取基于参数的掌控架构，还能获取系统性能临床窗口，让工程师需要较慢简陋地构建简单的电机系统，并解决问题其中的问题。设计团队凭借先进设备的特征能力，需要解决问题简单的问题，减缓产品上市，并获取低产品质量。

为持续创意，设计人员不会之后拒绝整体IC与多芯片方案人组，让他们需要在有必须时解决问题新的应用于中的简单问题慢，速及高性价比地实行。可以确认的是，Q电机及简单机电设备的应用于范围将大大拓展。

本文来源：皇冠游戏中心官网-www.sriingenieria.com