面向低成本變速應(yīng)用的“即用型“交流感應(yīng)電機(jī)控制IC
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與波形表?xiàng)l目的分辨率相比，對波形失真產(chǎn)生更大影響的另外一個(gè)因素就是更新電機(jī)波形的取樣頻率。由于PWM模塊的作用如同取樣和保持功能，因此波形失真會(huì)以兩種方式體現(xiàn)出來。首先，取樣和保持功能會(huì)造成相位滯后，當(dāng)取樣頻率降低時(shí)相位滯后就會(huì)增加。在生成開放環(huán)路波形時(shí)，通常來講不會(huì)構(gòu)成問題。然而，當(dāng)執(zhí)行任何封閉環(huán)路功能(如總線-紋波補(bǔ)償)時(shí)就必須把它考慮進(jìn)去，這一點(diǎn)留待以后討論。其次，由于PWM值一直要保持到下一次更新，因此會(huì)導(dǎo)致"步進(jìn)式"波形的出現(xiàn)，與參照正弦波相比，會(huì)造成振幅失真。該失真與波形的第一個(gè)導(dǎo)數(shù)成比例，這意味著從圖2中合成的輸出波形在零交叉附近快速變化時(shí)將會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的失真。
由于對所有非零導(dǎo)數(shù)功能來說，失真與相位的不確定性有關(guān)，因此取樣頻率和輸出電機(jī)的波形頻率也會(huì)影響失真。對于除15.9kHz外的所有載波頻率來說，MC3PHAC PWM以5.3kHz的取樣頻率更新，從而導(dǎo)致+/- 95μS的定時(shí)抖動(dòng)。對15.9kHz載波來說，PWM以4kHz的頻率更新，其定時(shí)抖動(dòng)為+/-126μS。這會(huì)導(dǎo)致與電機(jī)波形頻率成比例的相位的不確定性，如圖3所示。當(dāng)電機(jī)波形的頻率降至10Hz以下時(shí)，由于達(dá)到了512點(diǎn)波形表的相位分辨率，相位抖動(dòng)沒有什么改進(jìn)。在這兩個(gè)更新頻率上，結(jié)果都是電機(jī)波形與使用更高波形分辨率的設(shè)計(jì)相比，前者的精確性更高，但波形更新頻率要比后者低。
圖 3. 與電機(jī)波形頻率相關(guān)的MC3PHAC相位的不確定性
從圖2中我們可以看出，波形中包含了添加到正弦波的第三個(gè)諧波成分，與傳統(tǒng)的正弦調(diào)制相比，它把相到相的調(diào)幅提高了15%。然而，由于這種調(diào)制技術(shù)會(huì)導(dǎo)致共模第三諧波頻率成分，因此，它把MC3PHAC的使用限制在擁有浮接中心線(floating neutral)的三相負(fù)載上。此外，由于輸出電壓波形的總和不再為零，它還對三相輸出的合成技術(shù)帶來限制。
運(yùn)行模式
MC3PHAC可以運(yùn)行于以下兩種模式之一：獨(dú)立模式或主機(jī)模式。 模式選擇在加電啟動(dòng)時(shí)根據(jù)管腳20的狀態(tài)進(jìn)行。下面將詳細(xì)介紹這兩種模式。
獨(dú)立模式
在這種模式中，MC3PHAC運(yùn)行參數(shù)通過連接到設(shè)備的無源組件來在加電啟動(dòng)時(shí)配置。一旦MC3PHAC確定沒有外部主機(jī)(管腳20處于高電位)，它就開始詢問外部連接的電阻器網(wǎng)絡(luò)以獲取運(yùn)行參數(shù)，如速度范圍、停滯時(shí)間和電源穩(wěn)壓器等。其它參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中繼續(xù)實(shí)時(shí)輸入，如開始/停止、前進(jìn)/后退、電機(jī)速度、PWM頻率、總線電壓和加速度等。從系統(tǒng)的總成本角度看，獨(dú)立模式是最經(jīng)濟(jì)的模式，因?yàn)樵贛C3PHAC運(yùn)行時(shí)不需要主機(jī)控制器。圖4顯示了獨(dú)立模式中使用MC3PHAC的電路示意圖。
圖4. 以獨(dú)立模式運(yùn)行的MC3PHAC示意圖
主機(jī)模式
MC3PHAC的第二種運(yùn)行模式稱為主機(jī)模式，該模式利用一臺(tái)運(yùn)行主機(jī)軟件(可以從摩托羅拉公司購買)的PC或模仿主機(jī)軟件命令的微控制器。與使用離散組件來指定運(yùn)行參數(shù)不同的是，它們直接從主機(jī)上通過軟件進(jìn)行控制。
在加電啟動(dòng)后，MC3PHAC可以通過讀取管腳20的值(邏輯低電位)檢測到外部主機(jī)。在MC3PHAC繼續(xù)初始化，進(jìn)入一個(gè)惰性的安全狀態(tài)后，它仍然處于休眠狀態(tài)，等待串行接口接到指定運(yùn)行參數(shù)的命令。在接受到某些關(guān)鍵參數(shù)(如PWM極性和停滯時(shí)間信息等)前，MC3PHAC不允許激活電機(jī)。主機(jī)模式允許外部控制器監(jiān)視并控制MC3PHAC運(yùn)行的所有方面。與獨(dú)立模式相比，它允許對系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行更全面的控制，詳見下表。
| 名稱 | 獨(dú)立模式 | 主機(jī)模式 | 描述 |
| 命令 PWM 極性 | 上面和下面全為正或全為負(fù)， 頻率為50 Hz或60 Hz | 下面正，上面正 下面正，上面負(fù) 下面負(fù)，上面正 下面負(fù)，上面負(fù) 頻率為50 Hz或60 Hz | 指定 MC3PHAC PWM 輸出的極性 |
| 停滯時(shí)間 | 5到6 μS | 0到32 μS | 指定PWM發(fā)生器 使用的停滯時(shí)間 |
| 故障超時(shí) | 1 秒到 53秒 | 25秒到4.55小時(shí) | 規(guī)定出現(xiàn)故障后 重新啟動(dòng)電機(jī)前的延遲時(shí)間 |
| 電源穩(wěn)定器 | 0%到35% | 0%到100% | 零赫茲電壓 |
| 最大電壓 | 固定為100% | 0%到100% | 允許的最大調(diào)制指數(shù)值 |
| 總線電壓 Decel 值 | 固定為標(biāo)稱Vbus的 110% | 標(biāo)稱Vbus的 0% 到143% | Vbus讀數(shù)高于此值時(shí) 會(huì)導(dǎo)致速度下降 |
| 總線電壓 Rbrake 值 | 固定為標(biāo)稱Vbus的 110% | 標(biāo)稱Vbus的 0% 到143% | Vbus讀數(shù)高于此值時(shí) 導(dǎo)致R Brake pin出現(xiàn) |
| 總線電壓 Brownout 值 | 固定為標(biāo)稱Vbus的 50% | 標(biāo)稱Vbus的 0% 到143% | Vbus讀數(shù)低于此值 導(dǎo)致低壓故障 |
| Vbus 過壓值 | 固定為標(biāo)稱Vbus的 125% | 標(biāo)稱Vbus的 0% 到143% | Vbus讀數(shù)高于此值 導(dǎo)致過壓故障 |
在主機(jī)模式中，我們甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過運(yùn)行連接到MC3PHAC的獨(dú)立服務(wù)器應(yīng)用(也可以從摩托羅拉購買)，運(yùn)行前面提到的主機(jī)軟件的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以從世界的一個(gè)地方對另一個(gè)地方的電機(jī)進(jìn)行控制。
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