2010 Microchip Technology Inc. DS01078B_CN 第1 页
AN1078
简介
设计者根据对环境的需求，希望能不断开拓高级电机控
制技术，用以制造节能空调、洗衣机和其他家用电器产
品。 到目前为止，较为完善的电机控制解决方案通常仅
用作专门用途。 然而，新一代数字信号控制器 （Digital
Signal Controller，DSC）的出现使得性价比高的高级电
机控制算法最终成为现实。
例如，空调需要能够对温度作出快速响应以迅速改变电
机的转速。 因此，我们需要高级电机控制算法，以制造
出更加节能的静音设备。 在这种情况下，磁场定向控制
（Field Oriented Control， FOC）脱颖而出，成为满足
这些环境需求的主要方法。
本应用笔记讨论了使用 Microchip dsPIC
®
DSC 系列对
永磁同步电机 （Permanent Magnet Synchronous
Motor， PMSM）进行无传感器 FOC 的算法。
为什么使用 FOC 算法？
BLDC 电机的传统控制方法是以一个六步的控制过程来
驱动定子，而这种控制过程会使生成的转矩产生振荡。
在六步控制过程中，给一对绕组通电直到转子达到下一
位置，然后电机换相到下一步。 霍尔传感器用于确定转
子的位置，以采用电子方式给电机换相。 高级的无传感
器算法使用在定子绕组中产生的反电动势来确定转子位
置。
六步控制（也称为梯形控制）的动态响应并不适用于洗
衣机，这是因为在洗涤过程中负载始终处于动态变化
中，并随实际洗涤量和选定的洗涤模式不同而变化。 而
且，对于前开式洗衣机，当负载位于滚筒的顶部时，必
须克服重力对电机负载作功。 只有使用高级的算法如
FOC 才可处理这些动态负载变化。
本应用笔记着重于适用于电器的基于PMSM的无传感器
FOC 控制，这是因为该控制技术在电器的电机控制方面
有着无可比拟的成本优势。 无传感器 FOC 技术也克服
了在某些应用上的限制，即由于电机被淹或其线束放置
位置的限制等问题，而无法部署位置或速度传感器。 由
于PMSM使用了由转子上的永磁体所产生的恒定转子磁
场，因此它尤其适用于电器产品。 此外，其定子磁场是
由正弦分布的绕组产生的。 与感应电机相比，PMSM 在
其尺寸上具有无可比拟的优势。 由于使用了无刷技术，
这种电机的电噪音也比直流电机小。
为什么使用数字信号控制器来进行电机控
制？
dsPIC DSC 尤其适用于类似于洗衣机和空调压缩机之
类的电器，因为数字信号控制器具有下列特别适用于电
机控制的外设：
• 脉宽调制 （Pulse-Width Modulation， PWM）
• 模数转换器 （Analog-to-Digital Converter，
ADC）
• 正交编码器接口 （Quadrature Encoder
Interface， QEI）
在执行控制器程序以及实现数字滤波器时，由于 MAC
指令和小数运算可在一个周期内执行，因此 dsPIC DSC
器件允许设计者对代码进行优化。 同时，对于那些需要
饱和功能的运算，dsPIC DSC 器件通过提供硬件饱和保
护以避免溢出。
dsPIC DSC 需要快速且灵活的模数（A/D）转换来检测
电流——电机控制中的关键功能。 dsPIC DSC器件特有
的 ADC 可以 1 Msps 的速率转换采样输入，并可最多同
时处理四路输入。 ADC 上的多触发选项可允许使用廉
价的电流检测电阻来测量绕组电流。例如，使用 PWM
模块触发 A/D 转换可允许廉价的电流检测电路在指定时
间内对输入进行检测 （开关晶体管使电流流过检测电
阻）。
作者：
Jorge Zambada
和
Debraj Deb
Microchip Technology Inc.
PMSM 的无传感器磁场定向控制
