来源：电子设计应用 作者：国际整流器公司 aengus murray

    传统家电的感应式电动机，运行速度单一、调节效率低，如将其更换成可变速永磁电动机，可以将能源消耗减少到60％左右。在全球范围内，就能够为消费者每年节约大约6300亿美元的开支。

    除了能够减少能源消耗，永磁电动机技术所带来的低损耗和高转矩使得设计者能够设计出保持目标温度的更小型和更轻巧的电动机。这不仅能节约空间和减小重量，还能降低成本、简化机械设计。同感应电动机相比，它使用的贵重原材料也相对较少。可变速电动机的应用还带来了更大的运行可靠度和更长的使用寿命，以及噪音的减少。所以，永磁电动机技术是大多数可变速设备的选择。

    成本和性能考虑

    在使用霍耳效应传感器或者反电动势传感器来实现无刷交流电动机的梯形电流控制技术中，存在低速噪音高和高速范围受限的问题。而foc(磁场定向控制)带来了更高更全面的使用性能，因为正弦电动机电流能产生更加平稳的转矩并且使得速度范围增大。foc算法器的典型作用是将电流值以数学的方法从定子域转换成转子域，然后将所需要的电压值从转子域转换回定子域。在转换的结果上，还将作进一步的处理，比如在电流值上的比例积分运算。

    然而，完善foc算法器以实现在微型处理器或者dsp(数字信号处理器)中的执行，需要在电动机控制和软件编码技术上有丰富的经验。在设计中，电动机电流取样的计时是至关重要的，它依赖于设计中pwm(脉冲宽度调制)计时。为了得到一个高质量的解决方案，虽然使用现成的算法器在一般情况下比设计一个特殊的算法器更快速并且总成本更低，但是所要求的用于执行一个foc算法器的处理资源会给很多dsp的处理能力造成较重负担。

    使用一个现成的算法器也不能解决电动机控制设计的其它方面，包括电子电路的设计、模拟测流、电源管理、过电流和过电压保护、以及全部解决方案的综合和集成。

    图1 混合模式控制器集成电路

    综合行程控制平台

    图1为一个可配置寄存器混合模式控制器集成电路。它使用foc实现无传感器电动机速度和位置控制。foc作为有标块的行程控制引擎(mce)的一部分来使用。通过将控制器集成电路进行分配，mce就可以成为合适的数字ip块，它可以很方便地使用在各种已优化的电动机控制集成电路中。

    除此以外，通过在同样的芯片上使用一种微型控制器芯片，如图1所示，一台设备(诸如一台空调装置)的应用层上的编码也可以与数字行程控制功能一样在同样的硅片上执行。还可以将该应用部件在行程控制以外独立地加以修改，使其与行程控制成为一个模块体系结构，作为应用处理器的从属部分。在该设计中，60 mips的8051芯片具有在应用层面上充足的处理能力，并且还提供通讯端口，通过该端口可以将电动机的速度传递给电路运行foc。

    在图1所示的ase(模拟信号引擎)块集成了模拟信号调节和转换功能，形成了一个混合模式控制器集成电路，以便进一步减少设计一个完整的控制器所需要的元件数量。在芯片上安装了5个运算放大器以及相关增益电路作为外部元件来使用，使其能够直接地感应整个外部测流电阻器的电压降。其上还安装了12位adc，以执行电动机电流的复原。硬件计时器简化了设计人员对测流电阻器的时间控制，即临界取样上的软件操作任务。所以，该混合模式控制器集成电路的使用(包括模拟集成电路)减少了无传感器控制所要求的分立元件的数量。

    可兼容的模拟接口以及电源模块使得设计平台更加完整，使快速配置整个永磁电动机控制器成为可能。电子电路设计以及系统集成任务是预先完成的，从而便于工程师快速完成电动机控制设计方案。

    图2 irs2136d