嵌入式DSP在家电电机控制器中的应用

    本文将从嵌入式DSP电机控制芯片的基本特征开始，介绍一下基于DSP的磁场定向控制和扩展卡尔曼滤波算法。

    二、嵌入式DSP电机控制芯片

    不同的厂商，他们的DSP电机控制芯片在DSP内核、外设、编程语言以及其他半导体技术中均有不同。先进的DSP内核与优化的外设结合，不仅可用于电机控制，也可以用于通信和其他功率电子控制。由于每个应用之间在外设方面相差很大。为所有的应用设计一个嵌入式的电机控制芯片是不经济的，也是不现实的。通常，都会有一系列产品为不同的应用而优化。外设至少应包括3～6相16位PWM产生器、多重辅助PWM计数器、模拟量采集系统、参考电压、串行通信口、通用I/O口，另外也可以包括编程器接口、CAN总线和JTAG接口、DMA控制器、DPI口等等。

    一些嵌入式DSP具有片内Flash存储器，如ADI的DashDSP系列。在产品开发的不同阶段可以很方便地通过PC与DSP的通信来修改软件，从而方便地进行可重复编程。Flash存储器的软件可以移植到基于ROM的产品来大批量生产。

    PWM模块提供了灵活可编程的多相PWM波形，可用来驱动交流感应电动机、无刷直流电动机或开关磁阻电动机。辅助PWM输出可用来提供前端的功率因数校正或开关电源控制。另外，通过适当的滤波网络，也可以用作简单的A/D转换。

    嵌入式DSP电机控制芯片使用单积分式、总和增量式或流水闪速技术的A/D系统。它的多通道模拟量采样系统通常有10～12位的分辨率，与不同应用所选的不同型号有关系。

    三、采用扩展卡尔曼预测算法的无刷直流电动机无传感器控制

    相对于交流感应电动机，无刷直流电动机由于其特性更接近于有刷直流电动机而具有多方面的优势；同时也由于无刷直流电动机大都采用了永磁转子，具有更高的效率，因此特性适合于家用电器。它本身生来具有旋转平稳、噪声低电机尺寸小等显著特点，也使使其得到了许多家用电器厂家的青睐，在风扇、洗衣机、冰箱及空调压缩机中，都开始采用无刷直流尽可能动机。

    无刷直流电动机的控制有别于有刷直流电动机或交流感应电机，pcb抄板它需要一些位置传感信息来选择正确的换流顺序，而家电产品对费用的敏感，使得增加传感部件所带来的额外费用不受接受，也不切实际；同时容易降低系统的可靠性，而且对于象压缩机一类密封的无刷直流电动机，安装位置传感器是非常不现实的，也是不允许的。在这种情况下，无刷直流电动机的无传感器控制将被广泛采用，使之在家电领域铖为一个热门话题。

    有多种算法可以实现无传感器控制，传统的方法（过零检测法）大都采用检测不导通相反电势的过零点判断转子的位置，根据过零点信息及换相逻辑来选择最佳的换流顺序。这些方法已经在许多家电上采用，如直流变频冰箱及直流变频空调。但由于过零检测法只能检测一些特定的点，而且随着电机转速在大范围内变化，反电势的变频率也会变化，检测电路中的滤波器件会带来一定的相移，这会大大影响检测过零点的准确性；同时由于功率器件上续流二极管的反向电流作用，在大电流情况下也会对过零点的检测带来一定的影响。

    针对这些问题，采用扩展卡尔曼预测算法来估算无刷直流电动机转子的瞬时位置与速度信息，为无刷直流电动机无传感器控制提供了一种较好的解决方法。而且采用美国ADI的嵌入式DSP电机控制器，只需要一片28脚的ADMC328即可很方便地实现该算法。