很多廚房和車庫電器、電動工具以及其他小家電中所用的傳統(tǒng)通用型電動機一般都不能精確地控制速度。電動機基本上只有關和開兩種狀態(tài)，這對于某些應用來說確實是足夠了。但通過數(shù)字電源管理系統(tǒng)來進行精確變速控制可以實現(xiàn)很多巨大的優(yōu)勢，包括：

－更低的功耗

－更高的安全性

－更長的工具壽命

－更便于使用

－更先進的操作控制。

－將電器開啟時產(chǎn)生電涌從而導致電路斷開的風險最小化

成本曾經(jīng)是在各種消費類電器中實現(xiàn)智能電機控制的主要障礙。本文將介紹一種由ZiLOG公司設計開發(fā)的新型高效低成本變速通用電機控制方案，以及這一方案是如何利用新型片上集成數(shù)字模塊和先進的模擬硬件模塊，以最少的外部組件和固件實現(xiàn)速度控制和故障停機功能的。

解決成本與復雜性問題

電子行業(yè)流行這么一個“傳統(tǒng)”觀點：能進行直接準確變速控制的系統(tǒng)所需的組件實在太貴了，根本無法用于價格敏感型消費電器中。這種觀點認為，與其開發(fā)并執(zhí)行這樣的控制系統(tǒng)，提高最終產(chǎn)品零售價格并因此而使之對人們失去吸引力，還不如保持電器的低成本，放棄智能電機控制的優(yōu)勢。另外，由于快速過電流檢測、故障控制、系統(tǒng)可靠性和效率等問題，電機控制應用還帶來了棘手的工程難題。

由于對快速準確回路控制的需求，以及通過數(shù)字電源管理執(zhí)行智能電機控制所需要組件的數(shù)量和成本，這些控制器應用給MCU樹立了標準，要求它必須提供一流的性能和豐富的綜合型先進功能，以簡化閉合回路控制設計在通用電機控制領域的執(zhí)行。

近幾年專門用于電機控制的微控制器(MCU)已經(jīng)問世，集成了8 位計算引擎、模數(shù)轉換器（ADC）、比較器、計數(shù)器、定時器以及其它電路來控制電機速度，以滿足負載的功率要求。由于快速而精確的閉環(huán)控制以及所需支持組件的數(shù)量和成本，這種控制器在對 MCU 的預期方面樹立了新標桿。目前MCU生產(chǎn)商所面臨的問題是如何在確保集成恰當?shù)耐獠拷M件和功能的同時還能保持產(chǎn)品價格對消費者的吸引力。

一種最佳方法

圖1展示了一個面向先進電機控制尤其是通用電機控制應用的低成本高效型數(shù)字功率管理方案。其中的片上模擬外圍設備都是由ZiLOG開發(fā)并集成到它的一款8位MCU上的。

圖1 ZiLOG 8位MCU框架圖

在這個例子中，MCU的10位ADC能夠提供多達四個單端/差分通道和一個可選的 1X 差分輸入緩沖區(qū)。另外，ADC 模塊中還集成了一個片上低功率運算放大器，從而不再需要另外的外部組件就能夠獲得高精度電流測量。結合這個多通道 ADC，MCU 的兩個具有脈寬調制（PWM ）以及采集與比較功能的增強型16 位定時器模塊可以同時操作兩個負載（即電機），同時，直接LED驅動輸出可用來在出現(xiàn)預設事件時觸發(fā) LED，而不需要額外的硬件。該方案還由其它特征，包括一個模擬比較器、一套用于確?？煽啃缘摹胺拦收稀闭袷幤鳈C制、一個片上集成溫度傳感器和高達128B 的非易失性數(shù)據(jù)存儲空間（NVDS）。圖 2 是款使用了ZiLOG MCU 的通用電機的結構圖。

圖2 通用電機控制系統(tǒng)框架圖

電機控制的主要功能

這個特別的數(shù)字公里發(fā)管理方案提供了通用電機所需的主要控制功能：“軟啟動”、過電流故障保護和使用片上比較器測定交流電路過零點以確保 MCU 輸出信號同步的能力。我們來逐條分析一下，并看看該方案是如何滿足這些要求的：