电机控制系统设计步骤，有三种方案可以来实现电机控制设计

很多朋友对电机控制系统设计步骤，有三种方案可以来实现电机控制设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

Qorvo电机与电源应用部经理李方哲近日在电机控制在线研讨会上指出，近年来，越来越多的电器在交流和DC应用方面转向BLDC解决方案，带来了对BLDC解决方案的需求。目前市场上电机控制的选择很多。因此，Qorvo的客户在与他们沟通时，会就如何选择选项给出很多建议。

因此，在本次在线研讨会上，李方哲对目前的电机控制方案进行了介绍。李方哲指出，如下图所示，我们可以看到实现电机控制设计有三种方案，即由一个MCU和大量外围模拟器件组成的分立方案(如左图所示)，由一个ASIC和少量外围模拟器件组成的ASIC方案(如右图所示)和将所有器件集成到一个封装中的集成方案。

“不能简单说这几种方案哪个更好，要根据不同的应用场景选择更合适的方案”，李方哲说。从他的介绍中我们知道，分立方案具有通用性和灵活性，但是需要大量的芯片，使得最终版图的PCB板面积更大；

毫无疑问，到了ASIC方案，它们会得到更好的电路设计，但由于很多情况下是针对特定应用而设计的，它们的功能包括算法都是固化的，有一个规定的电压范围，这就使它们在应用中失去了灵活性；

至于集成方案，它们拥有更少的元器件、更优化的电路设计和相当大的灵活性(通过软件配置)，并且由于它们将大部分元器件集成在一个封装中，可以在产品中体现更多的创新功能，但同时缺点也相当明显。如果可替代性几乎为零，不兼容性和可维护性太低，就是它典型的缺点。

为了更详细地说明不同方案的优缺点，李方哲分别阐述了它们的组成和工作原理。

李方哲指出，这是典型的分离式设计方案，如下图所示。它主要由单片机、门极驱动器、比较器和放大器组成。因为这些模块都需要电源，所以对电源提出了很高的要求。但是，由于该方案中所有组件都是独立的，因此在灵活性和可维护性方面具有无可比拟的优势。但是，由于该方案不需要在PCB上放置许多器件，这意味着开发人员很难将产品做得很小。

在ASIC中，电机的U/V/W三条控制线直接连接到芯片的引脚上，可见驱动的设计非常简单。该芯片由180度正弦波驱动，需要外部霍尔传感器来检测转子位置。芯片配有速度输出和速度调节输入引脚，速度闭环控制需要一个简单的控制器。此外，为了给芯片供电，需要一个降压电路。

第三种，是MCU IPM的方案，IPM架构如下图黄色框图所示。与ASIC不同，这种方案更加灵活。同时，该方案的信号采集放在单片机中，使得整个方案的驱动更加简单，电路得到优化。但如前所述，这种方案具有不可替代和固定功率段的缺点。

“当前电机控制的发展趋势是集成化。芯片制造商将包括MOS驱动器在内的大多数组件集成到一个芯片封装中。这种方案的优点是器件更少，电路更优化，灵活性更强。缺点是厂商之间的器件管脚不兼容，更换成本高。因为驱动器封装在芯片里，所以它的耐压也是有限的。”李方哲接着说。

在电机控制方面，硬件上有很多不同的选择，驱动上也有两种选择，就是FOC和方波。这些方案各有利弊。开发商应该如何选择？

李方哲首先强调，FOC控制和方波控制都是利用定子产生的旋转磁场来驱动转子旋转，只是控制算法不同。从下图可以看出，FOC在高频噪声、可控性、控制多样性、速度范围等方面都优于方波。方波的优势体现在开关损耗、功率器件选择、MCU性能选择、电机一致性以及相关硬件设计等方面。

“由于控制原理的不同，方波控制不需要MCU有更强的性能，而且在硬件设计上，也不需要像FOC那样考虑太多板上的EMI干扰，以简化开发者的设计，”李方哲说。“综上所述，正弦波以性能取胜，方波方案在成本上有很大优势。但必须强调的是，方波在某些方面的表现要优于FOC，所以我们在选择方案时，可以参考上表来选择适合自己的方案，”李方哲补充道。

具体到FOC，市面上也有三阻电流采样或者单阻电流采样方案，那么这两种方案各有什么优缺点呢？

首先看三电阻电流采样。据李方哲介绍，这种方案由于其平衡PWM，有足够的时间进行采样，使得它们在低速过程中表现更好，没有太大的振动。这是单电阻方案无法比拟的。据了解，后者在低速时，抖动非常明显。此外，在制动控制方面，三电阻方案也优于单电阻方案。

再看单电阻采样，因为这种方案采用了母线电流采集的方式，使得其成本相对较低，而且可以很容易的检测出母线电流，电流检测相对容易。硬件设计也比较简单，因为只有一个DC电流。但三电阻方案相对复杂，因为它们对多个交流电流进行采样。

“综上所述，在MCU资源充足的情况下，单电阻方案基本可以满足客户的需求，因为它们相对简单，成本低，工程师希望在这个方案中为客户提供更多的支持，”李方哲说。当我们来到Qorvo，我们可以通过PAC系列芯片支持电机控制市场。

据李方哲介绍，所谓的PAC也是Power Application Controller的缩写，中文就是电源应用控制器。因为Qorvo收购的Active-semi以前是专门做AC-DC产品的，而这个系列是根据以前的经验开发的“新”控制器。

李方哲说：“我们的方案的优点是它可以做得更小，更灵活，更实用。”。从上图可以看出，这种一体化方案不仅在元器件上有很大优势，在成本上也有不可比拟的优势。

从下图可以看出，Qorvo几乎涵盖了工业领域除380V方案以外的所有电机控制应用领域。李方哲还透露，Qorvo有望在今年推出汽车标准的PAC产品，进军汽车领域的电机控制市场。为了进一步说明PAC系列产品的优势，李方哲以PAC5527为例进行了深入讲解。

如下图所示，Qorvo的PAC系列在电源部分没有使用电感，只是使用了两个电容来实现24V输入的电压转换。由于Qorvo PAC芯片的引脚通过线缆直接连接到功率器件，中间没有电阻，带来了成本低、板小的优势。“另外，我们的方案是可调整的。芯片中有多级恒流源，可以使电机在运行时调节更加灵活。我们的融合不是简单的一加一等于二”，李方哲强调。

除了硬件，我们的软件也必须相应匹配。我们开发了许多高性能的功能算法模块，并一直在不断创新。它具有其他方案所不具备的优势。

“我们的PAC有一个生态系统，我们近年来一直致力于建设这个系统，以方便开发者的设计，”李方哲说。他进一步指出，硬件方面，除了评估板，Qorvo还会提供很多相关的设计参考；软件方面，也比较齐全。SDK方面，Qorvo也解决了行业内的通用需求，对第三方开发环境也有相当成熟的支持功能。售后方面，家里会有全方位的支持。

PAC是电机控制开发人员的好选择。

以上知识分享希望能够帮助到大家！