設計平臺可以幫助工程師快速實現可靠的變速馬達控制設計。從家用電冰箱、洗衣機、洗碗機到工廠的電泵、風扇、辦公室空調系統(tǒng)等，所用各種馬達都需要有效的控制。大量依賴于感應馬達、通用馬達和耗能機電驅動器，它們的效率不是很好。馬達基設備耗能巨大，因此迫切需要工程師找到改善效率的方法。

    以電冰箱為例，它占家庭能量消耗的15%。而其大部分能量浪費在外殼散熱中。通常，電冰箱配置只全速工作的單相感應馬達，當內部溫度上升到高于所希望的溫度時，壓縮機馬達運行，希望的溫度達到溫度時，壓縮機關閉。

    洗碗機中，大部分能量消耗在加熱大量水上。一個有效節(jié)能方法是減少所需的水量。

    空調設備通常是家庭和辦公室中最大耗電設備。

　　變速馬達控制

    用逆變器基變速永磁同步馬達（PMSM）方案替代傳統(tǒng)的馬達控制上述的所有應用都能使效率得到顯著改善。

    用變速馬達方案替代當今效率低的馬達可節(jié)能高達60%。從環(huán)保對低能量的使用要求看，變速永磁馬達方案產生的聲音和電噪聲較小。PMSM具有較小的振動，增加了產品可靠性，并且能提供更精確的馬達控制，使其在應用中有較大的功能度。

　　直接驅動永磁馬達洗衣機

    洗衣機的直接驅動正在流行，不僅是因為效率的改善，而且因為機構簡單、性能可靠。這種驅動方式去掉了皮帶輪、皮帶和齒輪箱。永磁馬達控制雖好，但增加了成本，馬達的設計也較復雜。

    永磁馬達控制引起的成本和設計增加是由于永磁馬達控制需要轉子位置信息。轉子磁場激勵霍爾效應傳感器是提供所需反饋的一種方法，但缺點是傳統(tǒng)的梯形電流交換在開關轉點產生轉矩假信號。外部轉子結構勢必會放大這些假信號，引起不希望的聲音和噪聲。更大的問題是驅動轉矩——變速曲線不能很好地匹配洗衣機的實際應用，洗及機在低速時需要高轉矩、在高速時需低轉矩。最近的技術是在霍爾開關轉換點之間采用插值，使其具有正弦電流控制，提供低聲音、低噪聲的平滑轉矩和高速低轉矩工作。然而，霍爾傳感器組件的可靠性是制造商和用戶關心的問題，希望保修和維修成本最低。

    需要有一種方法，能提高效率不需要傳感器，而且能降低變速馬達驅動設計的成本。這種需要引入無傳感器馬達控制的集成平臺基技術，此技術允許組合“構建單元”來實現變速馬達驅動所需的功能。同時還能靈活地提供專門的應用配置。

    圖1示出用于直接驅動洗衣機的數字控制逆變器永磁馬達設計平臺。IR公司的iMOTION設計平臺為設計人員提供一個集成系統(tǒng)級方法，實現節(jié)能、變速正弦電流控制而不用位置傳感器。

    設備控制IC集成了PMSM無傳感器速度控制所需的所有控制和模擬接口功能。IC中的模擬功能包括差分放大器，雙取樣和保持電路以及12位A/D轉換器，這些器件對于取樣跨接在DC連路分路器上的低電壓信號是必須的。逆變器功率模塊集成有高電壓柵板驅動IC，有6個IGBT開關。此模塊包括用于馬達電流測量和功率模塊保護的DC鏈路分路器。用IC的專門運動控制引擎（MCE）硬件實現馬達控制算法，而裝置應用軟件運行在獨立的一同集成的8位處理器上。

　　數字控制算法

    數字控制算法的說明示于圖2,集成有相位電流重建和轉子角估算，用場定向控制（FOC）算法控制馬達電流。FOC采用向量轉動，去耦AC馬達繞組電流進入兩個DC分量控制轉矩（IQ）和通量（ID）中。這簡化了控制器設計，因為電流環(huán)調節(jié)變成與馬達速度無關。外速度環(huán)基于速度誤差為IQ環(huán)計算轉矩參考目標值。輸入到速度環(huán)有一個RAMP（斜率）功能來限制加速度到特定的限值內，在輸出有一個LIMIT功能來限制馬達電流，另外一個控制功能導致相位提前，使得在驅動內永磁（IPM）馬達時，使轉矩輸出最大，但也可以置為負值，以減弱高速工作的通量。場減弱算法計算最佳ID參考電流以使有效逆變器電壓使用達到最大。

　　馬達控制引擎

    用來自控制IC的MCE的庫宏單元實現數字控制器（圖3）。MCE庫包括PI補償、限制函數和向量循環(huán)，這些通常都是用在馬達控制算法中。用圖形編輯工具定制算法，這不需要軟件編碼。算法執(zhí)行比RISC或DSP快兩倍半。很多時間，關鍵性計算用專門硬件執(zhí)行。

    控制參量和系統(tǒng)變量存儲在共享的數據RAM中，所集成的8位微控制器也可以存取它們。這允許洗衣機應用軟件能容易改變控制設置點（如目標速度）或監(jiān)控控制變量（如轉矩電流IQ）。軟件可以在單獨8位處理器上用C語言開發(fā)。

    變速無傳感永磁馬達方案，應用在像洗及機這樣的裝置中，對環(huán)保所需的效率改進會起關鍵作用�，F在把數字控制器IC、模擬柵極驅動器和保護IC、電源供給級，以及新出現的技術（如IR公司的iMOTION平臺）結合起來，大大有助于工程師設計新產品，而不必顧及產品的成本，電路復雜性和面市時間。

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