CN103916061A

CN103916061A - 用于电机控制系统的设备和相关方法

Info

Publication number: CN103916061A
Application number: CN201310628245.4A
Authority: CN
Inventors: K·A·贝林格; A·汤姆森; P·帕丘卡; B·威尔逊; J·肖; S·威林厄姆; K·W·弗纳尔德; P·扎瓦尔尼
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2012-12-30
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-07-09
Also published as: US9106176B2; US20140184116A1

Abstract

用于控制电机控制设备外部的电机的电机控制设备包括微控制器单元（MCU）。该MCU包括混合信号电机控制电路，其适于在第一操作模式下执行反电动势（EMF）电机控制。所述混合信号电机控制电路进一步适于在第二操作模式下执行磁场定向控制（FOC）。

Description

用于电机控制系统的设备和相关方法

技术领域

本公开一般涉及电机控制设备，更具体地，涉及用于使用微控制器单元（MCU）的电机控制系统的设备和相关方法。

背景技术

从其诞生以来，电动机或电机就已成为在电气、电子、机电系统中更常用的块。随着时间的推移，发明了不同类型的电机。有些电机有更专门的用途，而其他的电机，例如交流（AC）感应电机，在许多领域具有相对广泛的使用。

电机的应用也随着时间的推移而演变。因此，电机现在用于科学、消费、工业和医疗产品的很多领域。虽然在某些应用中，例如，典型的消费级冷却风扇，电机被通电打开或关闭，但其他应用需要电机的更复杂控制。例如，在各种应用中，控制电机的速度、转矩、旋转方向以及可能的其它属性。

为了提供控制电机的各种属性的能力，开发出了电机控制器。电机控制器通常包括电子电路，其和例如逆变器的功率半导体驱动电路一起使用。不同的电机控制器可使用诸如反电动势（back EMF）控制和磁场定向控制（FOC）、直接空间矢量调制（DSVM）、脉冲宽度调制（PWM）等技术控制不同的电机，例如交流（AC）电机或直流（DC）电机，如本技术领域的普通技术人员明白的。

发明内容

公开和构思多种电机控制设备和相关技术。在一个示例性实施例中，控制位于电机控制设备外部的电机的所述电机控制设备包括MCU。该MCU包括混合信号电机控制电路，其适于在第一操作模式中执行反电动势电机控制。所述混合信号的电机控制电路还适于在第二操作模式中执行磁场定向控制。

根据另一示例性实施例，电机控制系统包括电机和耦合到电机以供电给电机的逆变器。电机控制系统还包括单个MCU。该MCU包括混合信号电机控制电路，其适于在第一和第二操作模式中进行操作。在第一操作模式中，混合信号电机控制电路提供第一组控制信号到逆变器以使用反电动势控制来控制所述电机。在第二操作模式中，混合信号电机控制电路提供第二组控制信号到逆变器以使用磁场定向控制来控制所述电机。

根据另一个示例性实施例，使用具有第一和第二操作模式的MCU来控制电机的方法，包括选择第一操作模式或第二操作模式。该方法进一步包括配置MCU以在第一操作模式中操作而使用反电动势控制来控制电机，或在第二模式中操作而使用磁场定向控制来控制电机。该方法进一步包括在第一和第二操作模式的所选一个操作模式中操作所述MCU，以产生一组电机控制信号，并提供所述一组电机控制信号到适于控制电机的逆变器。

附图说明

附图仅示出示例性实施例，因此不应认为是限制其范围。本技术领域的普通技术人员理解，所公开的构思将启发他们实施其他等同有效的实施例。在附图中，在多于一个图中使用的相同数字代号表示相同、相似或等同的功能、组件或块。

图1示出根据一个示例性实施例的电机控制系统的框图。

图2示出根据一个示例性实施例的用于控制电机的电路布置。

图3示出根据一个示例性实施例的混合信号电机控制电路的框图。

图4示出根据一个示例性实施例的混合信号电机控制电路的更详细框图。

图5示出根据一个示例性实施例的用于实现不同类型的电机控制方案的各种信号和相关联的值。

图6A和6B示出根据示例性实施例的混合信号电机控制电路的部分框图。

图7示出根据一个示例性实施例的用于扩展的或灵活的多路复用布置的电路布置。

图8示出根据一个示例性实施例的用于提供消隐时间支持的电路布置。

图9示出根据一个示例性实施例的用于使用消隐时间信号的电路布置。

具体实施方式

本发明一般涉及电机控制设备和相关技术。更具体地，本公开涉及用于使用MCU的电机控制系统的设备和相关方法。根据各种实施例，电机控制系统提供用于控制多于一种类型电机的灵活但功能强的技术，如下面详细描述的。

根据各种实施例，可使用支持反电动势控制和磁场定向控制两者的电机控制系统。更具体地，在各种实施例中，电机控制系统使用MCU，所述MCU可支持无刷直流（BLDC）电机的反电动势控制和永磁同步电机或交流（AC）感应电机的磁场定向控制两者。

电机控制系统的用户可对控制方案灵活编程。使用包括混合信号电机控制电路的单个集成MCU可控制各种电机。例如，在一个应用中，电机控制电路可被编程为在一种操作模式下控制BLDC电机。在另一应用中，电机控制电路可被编程以在另一种操作模式下控制永磁同步电机或交流（AC）感应电机。

传统的电机控制器可处理无传感器控制或磁场定向控制，但不能处理这两个控制。但是，根据各种实施例的电机控制系统提供资源和灵活性以在单个集成MCU中支持这些类型的电机控制两者。该系统在一种操作模式下使用模数转换器（ADC）或比较器来支持反电动势控制。该系统在另一种操作模式下使用三个、两个或一个电流感测电阻还支持磁场定向控制。

图1示出根据一个示例性实施例的电机控制系统的框图。该电机控制系统包括MCU15，其通过链路35耦合到外部逆变器和电机组合30。外部逆变器和电机组合30可包括逆变器或其他合适的电路以供电给电机或驱动信号给电机。

在一个示例性实施例中，电机可为无刷直流电机（BLDC）、永磁同步电机或交流（AC）感应电机。如上所述，MCU15具有多种工作或操作模式，其允许支持上述类型的电机。

MCU15通过链路35提供控制信号给外部逆变器和电机组合30，如下面详细描述的。此外，通过链路35，外部逆变器和电机组合30可将各种数据或信息，例如，电流信号或电平，提供给MCU15，例如，提供给混合信号电机控制电路20。

在示例性实施例中，链路35可包括一个或多个耦合机构。所述耦合机构可包括多种类型的导体、电缆、印刷电路板（PCB）迹线等。如本技术领域普通技术人员理解的，一般情况下，耦合机构的类型、数量和排列取决于针对给定的电机控制系统实施的设计和性能规格。

在所示的实施例中，MCU15包括混合信号电机控制电路20、中央处理单元（CPU）25和电机控制固件电路30。如本技术领域的普通技术人员理解的，CPU25执行MCU15的一般控制，并还可提供各种数据或信息处理能力。

非限制性的，CPU25可以执行通用可编程逻辑、算术运算、控制和/或其他任务。CPU25还可执行与电机控制相关的各种任务，如下面详细描述的。特别是，电机控制固件电路30可包括指令或信息，其有利于与CPU25的电机控制相关的各种任务的执行。

在示例性实施例中，电机控制固件电路30可包括非易失性存储器（NVM），例如电可编程只读存储器（EPROM）、闪存等等。电机控制固件电路30可以各种不同的方式编程，如本技术领域普通技术人员理解的，例如，通过使用和MCU15外部的电路相接的链路（未示出）。

通过对电机控制固件电路30编程，可定制该系统以执行各种电机控制算法或技术，与电机控制相关的各种参数可被修改、微调、更新等，如本技术领域普通技术人员理解的。这样，所述电机控制系统提供用于控制几种类型电机的灵活平台。

要注意，在一些实施例中可按照需要省略电机控制固件电路30以及在硬件和/或硬件或软件的组合中实现的其功能。例如，如果不需要使用固件的灵活性（或需要更大的灵活性，例如，通过使用软件），则由固件规定的部分或全部功能可使用硬件来实现。如本技术领域普通技术人员理解的，这样的硬件电路的细节取决于特定的实施。

在示例性实施例中，混合信号电机控制电路20与CPU25和电机控制固件电路30一起工作以控制所述电机（图中未明确示出），如下面详细描述的。通过链路35，混合信号电机控制电路20（或一般是MCU15），可提供控制信号、数据信号或其他类型的信息到外部逆变器和电机30，并接收来自外部逆变器和电机30的数据信号、状态信号或其他类型的信息，如下面详细描述的。

注意图1示出MCU15的简化框图。MCU15可包括各种其他的电路，以提供所需的特性或功能。不丧失一般性且非限制性的，MCU15可包括一个或更多个其他电路，如上电复位（POR）电路、电源管理单元（PMU）、主机接口电路、掉电检测器、看门狗定时器等。在一些实施例中，MCU15可根据需要包括上述电路中的一个或更多个。

此外，可根据各种实施例使用其他类型的电路和/或固件或软件来实现电机控制系统，而不使用MCU。例如，通过适当修改图1所示的电路，可使用微处理器、有限状态机、可编程逻辑（例如，现场可编程门阵列）等。如本领域普通技术人员理解的，电路和相关的固件/软件的选择取决于例如对给定的电机控制系统实现的设计和性能规格、可利用的技术、成本等因素。

图2描述根据示例性实施例用于控制电机的电路布置。更具体地，图2示出外部逆变器和电机30的框图。

一般来说，图2示出耦合到电机60的三相逆变器。另外，图2示出用以缩放与逆变器和/或电机60相关的各种电压的一组电阻分压器，如下面详细描述的。此外，图2示出电流感测电阻51A-51C和54，如下面详细描述的。

在所示实施例中，逆变器是三相逆变器并驱动三相电机60。然而，如本领域普通技术人员所理解的，其他布置是可能且考虑的，并可通过作出适当的修改实施。

例如，在一些实施例中，逆变器可为单相逆变器，并可驱动单相电机。在这种情况下，图2所示的逆变器三个腿中的其中两个用于驱动所述单相电机。在使用这种方法的一些实施例中，电机可以是有刷直流电机。如本领域的普通技术人员理解的，一般来说，逆变器的拓扑结构和电机类型取决于对给定电机控制系统实施的设计和性能规格。

参照图2所示的示例性实施例，逆变器包括三条腿或电路分支。每个腿包括一个上晶体管和一个下晶体管。图2包括上晶体管45A-45C和下晶体管48A-48C，它们分别对应三个相。

晶体管45A-45C和48A-48C作为开关以本领域普通技术人员已知的方式从具有电压V_HV的链路或电源提供电力到电机60。注意，虽然图2示出了功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），但是如本技术领域的普通技术人员理解的，也可使用其他类型的开关或装置。

不作为限制，可按照需要使用双极结型晶体管（BJT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。开关的选择或设备选择取决于多种因素，如功率和/或电压电平、电机60的尺寸、设备的开关频率、成本、可用的技术等，如本领域的普通技术人员所理解的。

一组缓冲器或驱动器40驱动上晶体管45A-45C和下晶体管48A-48C。驱动器40可提供适当的驱动信号，以使上晶体管45A-45C（在所示实施例中的n沟道MOSFET）和下晶体管48A-48C（在所示实施例中的n沟道MOSFET）响应于来自MCU15的控制信号而切换。要注意的是，在一些实施例中，取决于例如电压或功率电平等因素，上晶体管45A-45C可为p沟道MOSFET，如本技术领域的普通技术人员所理解的。

更具体地，一组控制信号AH-CH分别作为上晶体管45A-45C的驱动器40的输入信号。另一组控制信号AL-CL分别作为下晶体管48A-48C的驱动器40的输入信号。通过控制信号AH-CH和AL-CL，MCU15可控制上晶体管45A-45C和下晶体管48A-48C，从而控制到电机60相应相的电源供给。

更具体地，上晶体管45A和下晶体管48A的节点57A驱动电机60的第一相。上晶体管45B和下晶体管48B的节点57B驱动电机60的第二相。最后，上晶体管45C和下晶体管48C的节点57C驱动电机60的第三相。

一组电流感测电阻，51A-51C，通过产生一组提供给MCU15的电压，感测逆变器的每条腿或分支中流动的电流。更具体地，电阻51A感测逆变器第一分支中流动的电流，产生电压+I_A和-I_A。电压+I_A和-I_A之间的差值与流经逆变器第一分支的电流成比例。因此，电阻51A给MCU15提供一个差分信号，所述信号与逆变器的第一分支中的电流水平成比例并指示逆变器的第一分支中的电流水平。

类似地，电阻51B感测逆变器第二分支中流动的电流，产生电压+I_B和-I_B，其作为差分信号提供给MCU15。最后，电阻51C感测逆变器第三分支中流动的电流，产生电压+I_C和-I_C，其作为差分信号提供给MCU15。

注意，在一些实施例中，可通过使用两个感测电阻感测电流，所述电阻例如是51A-51B。在这种情况下，电压+I_A、-I_A和+I_B、-I_B作为差分信号提供到MCU15。在其它实施例中，可通过一个电阻感测电流。

具体而言，电阻54可用来检测流经逆变器分支的电流（更具体地说，流经下晶体管48A-48C的电流），以产生电压+I_DC和-I_DC。电压+I_DC和-I_DC可作为差分信号提供给MCU15。

如所述的，在一些实施例中，可不使用一些电流感测电阻。在这种情况下，未使用的电阻可用短路代替（例如，一段导线，印刷电路板迹线等）以减小或消除否则将耗散在未使用的（多于一个）感测电阻中的功率。

如所述的，使用一组电阻分压器以缩放在图2所示的电路中的各种电压。电阻分压器将电机或链路电压缩减至对MCU15的供应电压和/或输入电压安全的、兼容的或可比的水平。

因此，电阻分压器缩放三相电压，并将所得的缩放相电压分别提供为V_A、V_B和V_C。类似地，使用电阻分压器将供电电压或链路电压V_HV缩减至电压V_M。额外的电阻分压器将所述三相电压的缩放后的虚拟Y总和提供为V_Y。

注意，根据操作模式（例如，反电动势与FOC），可不使用部分电阻分压器。例如，产生V_M的电阻分压器用于磁场定向控制。因此，对于磁场定向控制，可不使用其他的电压分压器。

来自电阻分压器（例如，V_A-V_C、V_Y、V_M）的各个电压通过链路35提供给MCU15。MCU15使用这些电压在各种操作模式中执行反电动势或磁场定向控制。

注意，在一些实施例中，在图2中的电路中存在的各个电压（如V_A-V_C、V_Y）可有相比性地提供给MCU15或安全提供给MCU15。在这种情况下，适用的电阻分压器可按照需要省略，且对应的电压可耦合到MCU15。

图3示出根据示例性实施例的混合信号电机控制电路20的框图。更具体地，图3示出混合信号电机控制电路20（图4给出更详细的电路布置）的通用体系结构的框图。

如上所述，该电路支持BLDC电机的反电动势控制和永磁同步电机或交流（AC）感应电机的磁场定向控制两者。当用于磁场定向控制时，该电路支持使用三个、两个或一个感测电阻来测量电机电流。

如上所述，混合信号电机控制电路20与MCU15（见图1）的其它部件一起工作。因此，图2所示的框与其他MCU电路合作，其他电路例如为CPU25、电机控制固件电路30等。

参照图2，混合信号电机控制电路20包括可编程增益放大器（PGA）65、信号选择器电路68、ADC70、比较器72、中心对齐的PWM电路74、DSVM电路76和信号选择器电路78。混合信号电机控制电路20接收各种信号，如V_A、V_B、V_C、V_Y、V_M、+I_A、-I_A、+I_B、-I_B、+I_C、-I_C、+I_DC和-I_DC的全部或其子集。混合信号电机控制电路20使用输入信号来为逆变器（未示出）生成控制信号（例如，AH-CH和AL-CL）。

参照图2，混合信号电机控制电路20使用PGA65放大一个或更多个输入信号，如+I_A、-I_A、+I_B、-I_B、+I_C、-I_C、+I_DC和-I_DC。在一些实施例中，PGA65可使用对应于输入信号数量的若干放大器。

信号选择器电路68接收PGA65的输出和混合信号电机控制电路20的其他输入，其例如V_A、V_B、V_C、V_Y、V_M。信号选择器电路68选择性地提供输入信号到ADC70和比较器72。ADC将提供给它的信号转换为数字信号，其将所述数字信号提供给MCU15的其他部件，如CPU25（图中未示出）。

比较器72比较输入信号（结合图4在下面详细描述），并提供用于实现逐周期电流限制的多个抑制或扼杀(Kill)信号。一个或更多个抑制或扼杀信号信号被提供给中心对齐的PWM电路74和DSVM电路76。

取决于所需的操作模式或控制类型，中心对齐PWM电路74执行脉冲宽度调制，这样控制信号AH-CH和AL-CL的中心被对齐。类似地，取决于所需的操作模式或控制类型，DSVM电路76执行离散空间矢量调制。

当用于反电动势控制时，所述电路支持使用比较器72或ADC70测量所述反电动势。DSVM电路专门处理单电阻电流感测。当比较器72没有用于反电动势控制时，通过提供抑制或扼杀信号以禁用或抑制PWM或DSVM输出，其可被用于逐周期电流限制或持续电流限制。

中心对齐PWM电路74和DSVM电路76的输出信号被提供给信号选择器电路78。取决于所需的操作模式或控制类型，信号选择器电路78将中心对齐PWM电路74的输出信号或DSVM电路76的输出信号作为它的输出信号提供。

信号选择器电路78的输出信号被提供给外部逆变器和电机30（见图1）。更具体地，信号选择电路78的输出信号分别构成上晶体管45A-45C和下晶体管48A-48C的驱动或控制信号AH-CH和AL-CL（见图2）。

图4描述图3的混合信号电机控制电路20的更详细框图。参照图4，PGA包括三个可编程增益放大器65A-65C，其被耦合以接收来自感测电阻（见图2）的信号。

返回参照图4所示的实施例，PGA65A-65C可提供1至约100的可编程增益。增益的可编程性和范围提供对相对广范围的电机尺寸和感测电阻的兼容性。然而，正如在本技术领域的普通技术人员理解的，可使用其他的增益值，取决于对给定电机控制系统实现的设计和性能规格。

在一些实施例中，PGA65A-65C可提供对应于感测到的电流的输入电压的电平转换。例如，输入电压可以处于相对于地面±0.1伏的量级。PGA65A-65C可将该电平转换至约为1/2V_DD，其中V_DD表示混合信号电机控制电路20或MCU15的电源电压。电平转换有利于在混合信号电机控制电路20中的其他电路的信号处理，其他电路例如是ADC70和/或比较器72。

感测电阻可从几乎1欧姆到约200μΩ。更高电流电机的控制通常使用具有较低的电阻值和较高的功耗的感测电阻。PGA65A-65C的上增益设置将适应满量程输出电压为大约10mV的感测电阻。因此，用1瓦的感测电阻可感测高达100安培的电流。

注意，在一些实施例中，电压增益可在ADC70中提供，而非通过PGA65A-65C提供。这一布置可用于，例如，不需要或不使用上述的PGA65A-65C的相对宽的增益范围和电平转换的情况。在又一实施例中，需要PGA65A-65C和ADC70中的增益组合。

来自用于磁场定向控制的感测电阻的感测电压（即+I_A、-I_A、+I_B、-I_B、+I_C、-I_C）是差分双极信号（即同时具有正的和负的波动或摆幅）。电机相电流在一个电周期的180度中是负的，同样地，感测电阻电流也在180度中是负的。在示例性实施例中，典型的差分输入信号范围为约±10毫伏至约±100毫伏。

负端电压通常是在电机接地电位附近。然而，杂散电感（例如，来自布线，PCB迹线等）可导致电压尖峰或在地电位左右的摆幅（如由熟悉的公式V_L=Ld_i/d_t规定的）。在示例性实施例中，约为±1V的共模范围可用于适应约10nH（上面公式中的L的值）的杂散电感和100安培每微秒（上面公式中的d_i/d_t的值）的电流切换速率。

参照图4，在所示的实施例中，混合信号电机控制电路20包括四通道ADC70。注意，在一些实施例中，按照需要可使用三通道ADC来执行反电动势和磁场定向控制。但是，使用四通道ADC70允许一个通道用于针对磁场定向控制操作模式的电机电源电压感测，或用于针对反电动势操作模式的DC链路电流。

将ADC采样同步到PWM（使用图4所示的“ADC trig”触发信号）提供相对准确的低噪声样本。三个或更多通道的同时采样实现具有最低的或降低的采样时间误差的磁场定向控制，并支持相对高的PWM占空比。在示例性实施例中，采样时间为约1微秒，尽管在其它实施例中可使用其他值，如本技术领域的普通技术人员所理解的。

如本技术领域的普通技术人员所理解的，ADC70可以多种方式实现。例如，在一些实施例中，ADC70可使用四个采样电容。作为替代实施例，ADC70可按照需要在四个通道之间交替采样。

图4所示的实施例也使用了多路复用器（MUX）68，用于与ADC70一起使用。MUX68提供一种在用于磁场定向控制的输入（例如，±pga0、±pga1、±pga2，其分别构成PGA65A-65C的输出;V_M等）和用于反电动势控制的输入（例如，V_A、V_B、V_C、V_Y等）之间切换的方式。

在图4所示的实施例中，MUX68被实现为用于正、负输入两者的四通道2输入多路复用器（4×2至1），多路复用器部分分别标记为68A-68B。然而，注意，如本技术领域的普通技术人员所理解的，MUX68可以以多种方式和配置实施。

无论实施如何，MUX68A和MUX68B选择其各自四个输入中的一个，并将该输入提供给ADC70。图4示出MUX68A和68B每个的输入信号。由MCU15（例如，CPU25）提供的信号amuxpsel和amuxnsel分别构成MUX68A和68B的选择信号。

类似地，图4所示的实施例使用MUX88，用于与比较器72一起使用。MUX88提供在用于磁场定向控制的输入和用于反电动势控制的输入之间切换的方式。

在图4所示的实施例中，MUX88被实施为针对正，负输入两者的四通道2输入多路复用器（4×2至1），多路复用器部分分别标记为88A-88B。然而，注意，如本技术领域的普通技术人员所理解的，多路复用器88可以以多种方式和配置实施。

无论实施如何，MUX88A和MUX88B选择其各自四个输入中的一个，并将该输入提供给比较器72。图4示出MUX88A和88B每个的输入信号。由MCU15（例如，由CPU25）提供的信号cmuxpsel和cmuxnsel分别构成MUX88A和88B的选择信号。

在所示的实施例中，比较器72比较从MUX88A接收的四个输入与从MUX88B接收的四个相应输入。比较器72也具有由DAC82驱动的参考输入。在MCU15的控制下（例如，CPU25控制DAC82并为其提供所需的输入），参考值可用于修改偏移值或设置电流限制值。此方案相当于首先将差分信号转换为单端信号，然后将其与预设的DAC值作比较。

当实现逐周期电流限制时，比较器72的输出用于扼杀或抑制或禁用PWM信号。比较器72也可按照需要触发中断（例如，对CPU25）或触发用于反电动势控制的定时器捕捉。

如之前所述，混合信号电机控制电路20包括中心对齐PWM电路74和DSVM电路76。中心对齐PWM电路74可为用于大多数电机控制应用的常规PWM块。DSVM电路76可为使用单个感测电阻的用于磁场定向控制的专用DSVM块。

中心对齐PWM电路74和DSVM电路76可通过ADC触发信号控制或同步ADC70的操作。中心对齐PWM电路74和DSVM电路76各提供ADC触发信号给MUX80，作为输入信号。响应于选择由MCU15（例如，由CPU25）提供的信号adctrigsel，MUX80提供其输入中的一个到ADC70，作为触发信号，图4中标记为“ADC trig”。

中心对齐PWM电路74和DSVM电路76的输出作为MUX84的相应输入提供给MUX84。响应于由MCU15（例如，由CPU25）提供的选择信号pwmsel，MUX84提供一组6个控制信号（或对应于单相实现的四个信号）到外部逆变器和电机30（见图1）。在图4的示例性实施例中，所述信号构成如上所述的控制或驱动信号AH-CH和AL-CL。

通过使用图4所示的配置，MCU15，例如，CPU25与控制固件电路30一起工作，可提供各种信号来控制混合信号电机控制电路20的操作。所述信号取决于操作模式，即反电动势控制和磁场定向控制。

图5示出用于实施或实现根据示例性实施例的不同类型电机控制方案的表格形式的各种信号和相关值。更具体地说，图5示出表列格式的各种类型的电机控制，其例如，使用ADC的反电动势，使用比较器的反电动势，使用PWM和三个或两个感测电阻的磁场定向控制和使用DSVM和一个感测电阻的磁场定向控制。表中的行列出了电机控制方案中使用的各种信号或参数的名称。表的单元格显示不同类型电机控制方案的各种信号或参数的状态或值。

返回参考图4，PGA65接收输入信号，并送入比较器72的输入，如上所述。图6A示出显示该布置的简化框图。注意，图6A省略了MUX68和MUX88，以方便展示。

在一些实施例中，可重新安排一些块。更具体地，在一些实施例中，比较器72可耦合在PGA65之前（即，所述三个PGA65A-65C）。图6B示出这样的布置。（要注意，图6B中也省略了MUX68和MUX88，以方便展示，虽然对于给定的实施按照需要也可使用MUX。）在这种布置中，输入信号送入比较器72的输入端和PGA65的输入端。换句话说，比较器72被布安排或耦合在PGA65之前。

参照图6B，来自感测电阻的电压送入比较器72的输入。从而图6B中的电路布置解耦合比较器72和ADC70的带宽。在一些实施例中，比较器72可具有足够高的带宽或速度以检测或响应预计在混合信号电机控制电路20的操作过程中遇到的过电流情况。可降低ADC70的带宽以便提供提高的信噪比和更高的精度。

在一些实施例中，可使用不同的MUX布置。具体而言，图4示出用于ADC70和比较器72正输入和负输入的四通道两输入MUX。对应每个ADC通道或比较器输入集的扩展或灵活的多路复用器提供测量任何通道上的任何电流或电压的能力。图7示出这样的多路复用电路布置，为ADC70的通道0使用MUX90（由MUX90A和MUX90B构成）。图7所示的多路复用电路布置为每个ADC通道和比较器输入集重复设置。

图7所示的电路布置允许差分测量或任一相电压与任何其他相电压（如V_A-V_B，V_B-V_C，V_C-V_A）的比较。注意，不是正、负输入的所有组合都必然有用。前三个正MUX选择应与对应的负MUX选择一起使用。（为正和负的输入选择相同的电压通常不提供有用的信息。）

根据另一个方面，根据示例性实施例的电机控制系统可提供对消隐的支持。具体地，当在低PWM/DSVM信号的活跃边沿上切换开关或晶体管（见图2）时，由于二极管恢复和开关电容的原因，通常可出现相对大的电流尖峰。在一些实施例中，在较低的开关或控制信号的活跃边缘之后，过电流保护在相对短的持续时间是不活跃的，以提供消隐时段。在一些实施例中，消隐时段是可编程的。

在一些实施例中，消隐时间（其可以是可编程的）可在中心对齐PWM电路74和DSVM控制电路76两者中实现。图8示出提供该功能的电路布置。中心对齐PWM电路74和DSVM电路76生成分别被标记为95A和95B的消隐信号。中心对齐PWM电路74和DSVM电路76在一些实施例中有能力忽略消隐时间期间的扼杀或抑制信号。

此外，在一些实施例中，消隐信号用于使PGA和比较器的前端电路失活。图9示出根据示例性实施例提供该功能的电路布置。更具体地，提供消隐信号（标记为“blank0”、“blank1”等）给PGA65A-65C和比较器72A-72C。通过将PGA65A-65C和比较器72A-72C配置成在消隐时间期间为自动归零模式（在示例性实施例中的PGA65A-65C和比较器72A-72C的校准部分），大规模电流尖峰不会通过增益级传播。此方案保护增益级过载，并且还提供在电流尖峰后的相对快的恢复时间。

参照附图，本技术领域普通技术人员会注意到，所示的各种块可主要描绘概念性功能和信号流。实际的电路实现可能会或可能不会包含针对各种功能块的单独可识别硬件，并可能会或可能不使用所示的特定电路。例如，可按照需要将各种块的功能结合到一个电路块中。

此外，可按照需要在几个电路块中实现单个块的功能。电路实现的选择取决于各种因素，如对于给定实现的特定设计和性能规格。除了此处所描述的之外，其它实施例和可替代的实施例对本技术领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，本说明书教导本领域技术人员实施所公开的概念的方式，并且只可被解释为是说明性的。

所示和所描述的形式和实施例应认为是说明性实施例。本技术领域的技术人员可作出部件在形状，大小和排列上的各种改变，而不脱离本文档中所公开概念的范围。

例如，本技术领域的技术人员可用等同元件替换在这里示出和描述的元件。此外，本技术领域技术人员可独立于其他功能的使用来使用所公开构思的某些功能，而不脱离所公开构思的范围。

Claims

1.电机控制设备，其用于控制所述电机控制设备外部的电机，所述电机控制设备包括：微控制器单元即MCU，该MCU包括混合信号电机控制电路，其适于在第一操作模式中执行反电动势电机控制，所述混合信号电机控制电路还适于在第二操作模式中执行磁场定向控制即FOC。

2.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第一操作模式中执行反电动势电机控制以提供适于控制无刷直流电机的信号集。

3.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第二操作模式中执行磁场定向控制以提供适于控制永磁同步电机的信号集。

4.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第二操作模式中执行磁场定向控制以提供适于控制交流感应电机的信号集。

5.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第二操作模式中使用脉冲宽度调制即PWM电路执行磁场定向控制。

6.根据权利要5所述的电机控制设备，其中所述脉冲宽度调制即PWM电路适于执行中心对齐PWM控制。

7.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第二操作模式中使用直接状态矢量调制即DSVM电路执行磁场定向控制。

8.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第一操作模式中使用模数转换器电路执行反电动势电机控制。

9.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步适于在所述第一操作模式中使用比较器电路执行反电动势电机控制。

10.根据权利要求1所述的电机控制设备，进一步包括适于提供逐周期电流限制的电流限制电路。

11.一种电机控制系统，其包括：

电机；

耦合到所述电机以为所述电机供电的逆变器；以及

单个集成微控制器单元即MCU，所述MCU包括：

适于工作在第一和第二操作模式的混合信号电机控制电路，其中在所述第一操作模式中，所述混合信号电机控制电路提供第一控制信号集给所述逆变器，以使用反电动势控制来控制所述电机，并且其中在所述第二操作模式中，所述混合信号电机控制电路提供第二控制信号集给所述逆变器，以使用磁场定向控制即FOC来控制所述电机。

12.根据权利要求11所述的电机控制系统，其中所述混合信号电机控制电路包括可编程增益放大器电路，其适于放大对应于电机电流的一组信号以产生一组放大的信号。

13.根据权利要求12所述的电机控制系统，其中所述混合信号电机控制电路进一步包括耦合到所述可编程增益放大器电路的模数转换器即ADC。

14.根据权利要求13所述的电机控制系统，其中所述混合信号电机控制电路进一步包括耦合到所述可编程增益放大器电路的比较器。

15.根据权利要求11所述的电机控制系统，其中所述MCU进一步包括耦合到所述ADC的中央处理单元。

16.根据权利要求11所述的电机控制系统，其中所述混合信号电机控制电路进一步包括直接空间矢量调制即DSVM电路以产生所述第二控制信号集。

17.根据权利要求11所述的电机控制系统，其中所述混合信号电机控制电路进一步包括脉冲宽度调制即PWM电路，以产生所述第二控制信号集。

18.一种使用具有第一和第二操作模式的微控制器单元即MCU控制电机的方法，该方法包括：

选择所述第一操作模式或所述第二操作模式；

配置所述MCU在所述第一操作模式下工作以使用反电动势控制来控制所述电机，或在所述第二模式下工作以使用磁场定向控制即FOC来控制所述电机；

在所述第一和第二操作模式中的选定一个操作模式中操作所述MCU以产生电机控制信号集；

提供所述电机控制信号集给适于控制所述电机的逆变器。

19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一和第二操作模式中的选定一个操作模式中操作所述MCU以产生电机控制信号集进一步包括执行直接空间矢量调制即DSVM。

20.根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一和第二操作模式中的选定一个操作模式中操作所述MCU以产生电机控制信号集进一步包括执行脉冲宽度调制即PWM。