您可能知道電機控制應用多年來一直在使用MCU，但您可能不知道用于電機控制的最早的MCU實際上是針對功率逆變器的工業(yè)市場，專為將DC電源轉換為AC而設計。一旦認識到波形輸出功能如脈沖寬度調制（PWM）具有解決電機控制設計的潛力，事情就會迅速發(fā)生。如今，MCU幾乎可用于所有可以想象的電機控制應用;通過在隨附的電源模塊中使用新的控制算法和功率因數校正，電機效率得到顯著提高。

據估計，與電動機相關的電力占世界能源使用量的20％以上，很容易看出提高效率是所有新電機控制設計的主要關注點。然而，這些新算法比傳統(tǒng)方法復雜得多，因此MCU制造商已經創(chuàng)建了完整的開發(fā)套件和參考設計，以加速這些重要應用的開發(fā)。本文將回顧最近推出的電機控制開發(fā)套件的樣本，為您選擇適合您下一次應用的套件提供堅實的背景。

一個好的起點

如下面的屏幕截圖（圖1）所示，該庫由目標應用程序組織，例如AC/DC和DC/DC轉換，音頻放大器，能量收集，照明和電機控制。如果選擇一個應用程序，如電機控制，則會出現過濾器窗口，如圖右側所示，您可以在搜索過程中指定幾列項目。例如，如果您想要一個具有過流保護和功率因數校正的三相感應電機的電機控制參考設計，您將獲得幾個顯示來自德州儀器，Microchip和意法半導體的套件。您可以查看工具包功能，數據表和用戶指南的摘要，以找到適合您應用的正確工具。

圖1：數字關鍵參考設計庫搜索功能 - 電機控制。 （由Digi-Key提供）

適用于各種應用的電機控制開發(fā)套件

由于各種電機控制應用和算法，一些開發(fā)套件可用多目標系統(tǒng)。您可能希望選擇針對多種類型電機的參考設計，以防您考慮多種不同的設計，并且希望嘗試在每種電機中使用相同的MCU來充分利用開發(fā)成本。使用Dig-Key參考設計庫，您可以選擇多種類型的電機，并查看哪些套件可以支持所有電機。例如，通過查看三相無刷直流（BLDC）電機和三相永磁同步電機（PMSM），您可以找到針對這兩種應用的目標套件。讓我們更詳細地看一下。

Microchip dsPICDEM MCHV開發(fā)系統(tǒng)旨在快速評估和開發(fā)無刷直流（BLDC）電機，永磁同步電機（PMSM）和交流感應電機（ACIM），用于傳感器或無傳感器操作。該系統(tǒng)可以采用不同的方式配置，以便與Microchip專用的電機控制DSC配合使用，并提供一個安裝選項，用于連接28引腳SOIC器件或通用100引腳插件模塊（PIM）。

dsPICDEM系統(tǒng)有一個三相電源模塊設備，包含電機逆變器和柵極驅動器電路。該電路使用不同的控制技術驅動BLDC，PMSM或ACIM電機，無需任何額外的硬件。它還具有功率因數校正（PFC）電路，為面向效率的電機控制應用提供完整的解決方案。圖2顯示了與套件相關的硬件，如左圖所示，右側的框圖顯示了系統(tǒng)的主要組件 - 左側的PFC電源模塊和右側的電機控制模塊。

圖2：Microchip dsPICDEM MCHV電機控制開發(fā)套件。 （由Microchip提供）

逆變器的額定連續(xù)輸出電流為6.5 A（RMS）。在最高30°C的環(huán)境溫度環(huán)境中，當從208 V至230 V單相輸入電壓運行時，這允許高達約2 kVA的輸出。因此，該系統(tǒng)非常適合運行額定功率高達1.4 kW（1.8 HP）的標準三相感應電動機或額定值稍高的工業(yè)伺服電動機。功率模塊能夠驅動其他類型的電動機和電負載，其不超過最大功率限制并且主要是電感性的。此外，可以使用一個或兩個逆變器輸出來驅動單相負載。該器件能夠在90 V至最高265 V范圍內工作。

請注意，dsPIC DSC MCU涉及電機控制和PFC部分的設計。 dsPIC MCU的PFC PWM輸出和故障檢測與響應提供了大量信息，可簡化任何具有功效要求的設計。這兩個模塊設計為獨立的板，便于使用原理圖，電路板布局和定制材料清單。堅固的外殼帶來了標準接頭的所有關鍵接口 - USB，RS-232和程序/調試，傳感器，開關，LED和三相逆變橋接器 - 使開發(fā)系統(tǒng)成為電機原型設計的理想測試平臺 - 控制設計。

步進電機控制器

步進電機的控制使用一種更簡單的算法，因此可以使用集成了更多模擬和功率控制的專用外設來實現通?？捎糜贛CU的電路。例如，在Digi-Key參考設計庫中搜索步進電機參考設計時，將出現德州儀器DRV8818EVM雙極步進電機控制器參考設計。該參考設計采用DRV8818步進電機控制器，集成了微步進分度邏輯和兩個N溝道功率MOSFET H橋驅動器。簡單的步進/方向接口可以輕松連接控制器電路。引腳允許以全步，半步，四分之一或八步模式配置電機。衰減模式和PWM關斷時間是可編程的。

圖3左側所示的評估模塊硬件可以通過USB電纜連接到PC，以控制和評估DRV8818在帶有實際電機的測試系統(tǒng)中的運行?；赑C的控制軟件具有簡單易用的圖形用戶界面（GUI），如圖3右側所示，允許用戶更改控制參數，如啟動速度，所需速度，停止速度，步進設置和加速度?？闪⒓创_定對電機的影響，并捕獲最佳設置以用于最終設計。

圖3：德州儀器DRV8818步進電機控制器參考設計。 （由德州儀器公司提供）

PC上托管的GUI控制系統(tǒng)通常包含在大多數電機控制評估套件和參考設計中。它們加速了為各種應用程序評估目標系統(tǒng)的過程，并且通常包括可以作為更廣泛的測試或開發(fā)環(huán)境的一部分在最終設計中使用的代碼。尋找具有代碼庫的套件，包括電機控制和測試，以便在設計上獲得最大的開端。

控制大功率電機

例如，搜索功率為1 kW的設計將調用STMicroelectronics STEVAL-IHM025V1演示套件（現已過時）。如圖4所示，該套件非常堅固，正如您所期望的那樣，支持高達1 kW的電機。

圖4：STMicroelectronics 1000 W電機控制套件。 （由ST Microelectronics提供）

該套件通常與STMicroelectronics評估板配合使用，處理整體控制功能，IHM025V1用作外部電機的電源和電源模塊。評估板是供應商STM32磁場定向控制（FOC）電機控制固件庫 1 的便捷目標。該庫提供了創(chuàng)建自己的FOC電機控制設計所需的高級算法和低級驅動器。這種對開發(fā)套件的增強可能是至關重要的，特別是對于非常復雜的電機控制算法。一個關鍵功能庫，允許設計人員簡單地指定關鍵參數來創(chuàng)建生產就緒代碼，可以比僅提供示例代碼的參考設計節(jié)省大量時間，并讓設計師通過開發(fā)和填充“填補”空白測試他們自己的慣例。尋找電機控制庫作為參考設計的一個元素，以實現最高效和最強大的實現。