电机控制和驱动器的高精度解决方案有哪些（电机控制和驱动器的高精度解决方案是什么）

介绍

电机控制和驱动器在许多应用中至关重要，因为它们可以实现高精度，从而降低成本并提高效率。电机控制电路执行的重要功能是确保转子在不同的操作和负载条件下相对于绕组占据精确的位置，从而以足够的精度确定位置。例如，如果电机上的负载发生变化，驱动器必须实时修改电机控制参数。这样，扭矩和速度就可以根据特定应用的要求进行定制。

该解决方案的主要优点是它完全采用固态技术制造，从而减少或可能消除对齿轮、滑轮和皮带等机械运动调节系统的依赖，其成本不可忽视。在需要电机高精度定位的应用中（例如机械臂、3D打印机、数控机床等），经常使用步进电机，通常与微步进等复杂的控制算法相结合。该技术通过应用螺旋桨的分数步增量（低至（在某些特定情况下）1/32 步增量）来实现出色的螺旋桨定位。该技术不仅可以实现高精度，还可以提高解决方案的效率，并减少低速运行时电动机典型的共振现象。在电子行业，贴片机被广泛使用。它们是真正的机器人，其任务是将组装所需的SMD 元件放置在PCB 上。此类应用需要高精度（微米级）和快速操作，以降低与SMT 元件相关的成本。

高精度驱动系统

工业应用中使用的机器人系统，例如上面提到的取放机，主要使用由交流电(AC) 供电的三相电动机。图1 图1显示了适用于车辆的电子控制电路的框图。使用二极管和均衡电容器将输入电压转换为直流电压(DC)。专用微控制器应用于三相逆变器时，会产生PWM 信号，并在输出端产生三个高频波形，并将它们分别连接到电机绕组。请注意，图中有一个从电机到微控制器的反馈信号。这些信号的任务是实时测量每相消耗的电流，使电路能够快速响应负载条件的快速变化。因此，发送到三相逆变器的PWM 信号经过调整，可为电机绕组提供正确的功率水平。作为微控制器的替代方案，DSP 或FPGA 解决方案更适合实现复杂的数字滤波算法。电子设计人员必须面临的最大挑战之一是反馈电流和电压监控电路的设计。最有效的解决方案是监控所有三个电机绕组，将获取的模拟值转换为尽可能接近信号源的数字形式。信号调制技术可减少对其他高频指标的干扰，特别注意PCB 布局和与时钟信号相关的走线位置。最有效的解决方案是监控所有三个电机绕组，将获取的模拟值转换为尽可能接近信号源的数字形式。信号调制技术可减少对其他高频指标的干扰，特别注意PCB 布局和与时钟信号相关的走线位置。最有效的解决方案是监控所有三个电机绕组，将获取的模拟值转换为尽可能接近信号源的数字形式。信号调制技术可减少对其他高频指标的干扰，特别注意PCB 布局和与时钟信号相关的走线位置。

图1：交流供电三相感应电机控制框图

实现类似于图1 的电路所需的电子元件包括：隔离式和非隔离式开关栅极驱动器、反馈信号转换器和用于实时控制的高速处理单元、可编程时钟发生器、DC/DC 转换器和三相位逆变器。

商业级解决方案

德州仪器(TI) 提供先进的解决方案，用于设计精确的电机控制和可靠的驱动器电子器件，包括高频氮化镓(GaN) 栅极驱动器和模块。 TIDA-00915 就是一个例子，它是一款用于集成驱动器的三相1.25kW、200VAC 小型GaN 逆变器参考设计。如图2 所示，该参考设计是一款三相逆变器，50C 时的额定连续功率为1.25 kW，85C 时的额定功率为550 W，用于驱动200V 交流伺服电机。它采用600VLMG3411R150 GaN 电源模块，集成FET 和栅极驱动器，安装在1.95mm 绝缘金属基板(IMS) 板上，以实现高效散热。超小外形尺寸(804637 mm) 可轻松将驱动器和电机集成到机器人和数控机床的6 轴电机应用中。

图2：TI TIDA-00915 参考板

Allegro Microsystems 为电机控制应用提供各种电流传感器IC，例如ACS720，这是一种基于霍尔效应的高精度电隔离电流传感器。该IC 具有多个可编程故障级别，适用于工业和消费应用，重点是电机控制和功率逆变器级应用。 ACS720 采用小型表面贴装SOIC16 封装，集成了差分电流感应以抑制外部磁场，从而简化了三相电机应用中的电路板布局。

Silicon Labs 还提供各种也非常适合电机控制应用的解决方案。 Si828x 隔离栅极驱动器就是一个例子，适用于驱动各种逆变器和电机控制应用中使用的IGBT 和碳化硅(SiC) 器件。 Si828x 器件是隔离式大电流栅极驱动器，具有集成系统安全和反馈功能。该驱动器支持高达5.0 kV RMS 的电压和符合UL1577 标准的耐压，与其他隔离式栅极驱动器技术相比，可实现更高的性能、更低的温度和老化变化、更严格的部件间匹配以及卓越的性能。共模抑制性能。

编辑：hfy