設(shè)計平臺可以幫助工程師快速實現(xiàn)可靠的變速馬達控制設(shè)計。從家用電冰箱、洗衣機、洗碗機到工廠的電泵、風(fēng)扇、辦公室空調(diào)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(yīng)馬達、通用馬達和耗能機電驅(qū)動器，它們的效率不是很好。馬達基設(shè)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(yīng)馬達，當(dāng)內(nèi)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(guān)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(diào)設(shè)備通常是家庭和辦公室中最大耗電設(shè)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(yīng)用都能使效率得到顯著改善。

    用變速馬達方案替代當(dāng)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(chǎn)生的聲音和電噪聲較小。PMSM具有較小的振動，增加了產(chǎn)品可靠性，并且能提供更精確的馬達控制，使其在應(yīng)用中有較大的功能度。

　　直接驅(qū)動永磁馬達洗衣機

    洗衣機的直接驅(qū)動正在流行，不僅是因為效率的改善，而且因為機構(gòu)簡單、性能可靠。這種驅(qū)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(shè)計也較復(fù)雜。

    永磁馬達控制引起的成本和設(shè)計增加是由于永磁馬達控制需要轉(zhuǎn)子位置信息。轉(zhuǎn)子磁場激勵霍爾效應(yīng)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(guān)轉(zhuǎn)點產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩假信號。外部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(qū)動轉(zhuǎn)矩——變速曲線不能很好地匹配洗衣機的實際應(yīng)用，洗及機在低速時需要高轉(zhuǎn)矩、在高速時需低轉(zhuǎn)矩。最近的技術(shù)是在霍爾開關(guān)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩和高速低轉(zhuǎn)矩工作。然而，霍爾傳感器組件的可靠性是制造商和用戶關(guān)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(qū)動設(shè)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(shù)，此技術(shù)允許組合“構(gòu)建單元”來實現(xiàn)變速馬達驅(qū)動所需的功能。同時還能靈活地提供專門的應(yīng)用配置。

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

    設(shè)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(zhuǎn)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(qū)動IC，有6個IGBT開關(guān)。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(xiàn)馬達控制算法，而裝置應(yīng)用軟件運行在獨立的一同集成的8位處理器上。

　　數(shù)字控制算法

    數(shù)字控制算法的說明示于圖2,集成有相位電流重建和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，去耦A(yù)C馬達繞組電流進入兩個DC分量控制轉(zhuǎn)矩（IQ）和通量（ID）中。這簡化了控制器設(shè)計，因為電流環(huán)調(diào)節(jié)變成與馬達速度無關(guān)。外速度環(huán)基于速度誤差為IQ環(huán)計算轉(zhuǎn)矩參考目標(biāo)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(nèi)，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(dǎo)致相位提前，使得在驅(qū)動內(nèi)永磁（IPM）馬達時，使轉(zhuǎn)矩輸出最大，但也可以置為負(fù)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(xiàn)數(shù)字控制器（圖3）。MCE庫包括PI補償、限制函數(shù)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(guān)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(shù)據(jù)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(yīng)用軟件能容易改變控制設(shè)置點（如目標(biāo)速度）或監(jiān)控控制變量（如轉(zhuǎn)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(yīng)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(guān)鍵作用�，F(xiàn)在把數(shù)字控制器IC、模擬柵極驅(qū)動器和保護IC、電源供給級，以及新出現(xiàn)的技術(shù)（如IR公司的iMOTION平臺）結(jié)合起來，大大有助于工程師設(shè)計新產(chǎn)品，而不必顧及產(chǎn)品的成本，電路復(fù)雜性和面市時間。

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