英飞凌XMC4000单片机可自动生成非对称脉宽调制信号

当今社会面临的最严峻的挑战是，如何兼顾能源使用效率与成本效益。简而言之，怎样才能提升系统性能，使之在保持功能和成本不受影响的同时，减少耗电量。英飞凌XMC4000 32位工业单片机家族，旨在应对诸如提高能效、支持先进的通信协议和缩短产品上市时间等迫切挑战，主要用于在高级电机控制和功率转换控制等应用。该产品可生成非对称脉宽调制信号，以驱动采用低成本单电阻拓扑的高效无传感器磁场定向控制(FOC)电机应用。(图1)

XMC4000采用了ARM Cortex?-M4 CPU，快速嵌入式Flash，以及专为工业应用度身定制的针对实时控制而优化的外设集。归功于其灵活的定时器和脉冲发生器，加上超快模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，该产品可支持精确的传感器-执行器控制方案。此外，该产品可支持诸如以太网和USB等一系列现代通信接口，并且具备诸多人机接口(HMI)外设，是一个面向工业应用的功率半导体解决方案。
  创新的脉宽调制信号发生器兼定时器单元捕获/比较单元8(CCU8)，可支持多种不同类型的电机控制应用。该产品是用于驱动三相永磁同步电机(PMSM)的磁场定向控制算法的理想平台。磁场定向控制算法可将永磁同步电机的能效提高最多95%。这对电机的功耗、动态、热耗散和噪声等产生了巨大影响。
  通过减少元件数量和降低维护要求，无传感器磁场定向控制算法降低了系统成本。该技术不要求使用位置传感器(霍尔传感器、编码器)。此外，位置传感器很容易因磨损而损坏。在制定预算时，必须将更换受损位置传感器的维护成本计算在内。
  对于单电阻拓扑，可以在脉宽调制信号波形的不同点上，利用直流链路电流，重构两个相电流。如果仅在相位U时接通，那么，单电阻上的电流等于IU。如果仅在相位W时关断，那么，单电阻上的电流等于-IW。因此，要获得正确的相电流信息，对单电阻进行模数转换取样的确切点至关重要。(图2)

U、V和W的负载周期各不相同，以生成旋转矢量，使电机旋转起来。经过一个矢量位置，此时脉宽调制信号输出类似于图3所示。在此位置上，U和V的负载周期的值非常相似，这使得IU的可见时间非常短。如果模数转换器的取样时间不够快，那么，它读取的将是IW值。

中高速旋转的电机，发生这种错误的几率要少些。这种电机可以利用PI控制回路，跳过这种错误的取样点。然而，如果电机的旋转速度较慢，那么，其发生这种错误的时候要多些。如果电机总是在错误的点上取样，那么控制回路将丧失位置信息。

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李皓圳

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