步進電機應用

AN155 為使用 C8051F300 MCU 的單極步進電機提供完整的參考設計。MCU 可直接驅動 3 V 邏輯級功率 MOSFET。單極步進電機系統可在元器件使用數量最少和材料清單成本最低的情況下，提供準確定位。

參考設計板含一個 C8051F300 MCU、四個用來驅動步進電機的功率 MOSFET、一個二極管箝位電路、一個穩壓器和一個 RS232 接口。此軟件展示了一個具有可調加速度的線性速度分析器。

AN155 中提供的軟件還可用于驅動經過較小改裝的雙極步進電機。雙極電機由雙 H-橋驅動，并采用整體電機繞組。下方的晶體管可直接從 MCU 驅動。上方的晶體管需要高側驅動電路。四個價廉的 NPN 晶體管在共同基座構造中，可用于高達約 24 伏的雙極步進電機（具體要根據是否可用 3 V 邏輯級功率 MOSFET）。請注意，高側端口引腳必須反轉極性。雙極步進電機的元器件數量更多、材料清單成本更高。

單極步進電機驅動

雙極步進電機驅動

無刷直流電機應用

無刷直流電機通常采用三相橋電路驅動。在此電路示例中，霍爾效應磁性傳感器用于位置反饋。換向模式用于選擇使用六個晶體管中的哪一個。AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 4 提供了使用 C8051F330 MCU 進行無刷直流電機控制的簡單示例。一個 PCA 模塊采用 8 位 PWM 調制模式。使用優先權交叉開關在底部的三個晶體管之間多路復用單一 PWM 信號。ADC 用于測量電位計上的電壓。

帶有霍爾傳感器的無刷直流電機

直流電機應用

最簡單的直流電機驅動電路由一個單一 N 通道功率 MOSFET 和肖特基二極管組成。該電路為單方向旋轉的直流電機提供變速控制。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 1 提供了使用 C8051F300 MCU 的直流電機簡單示例代碼。此軟件示例使用了 ADC 和一個配置為 8 位 PWM 調制模式的 PCA 模塊。基于硬件的 PWM 無需任何 CPU 開銷，這就為用戶代碼留出了 25 MIPS。

當需要反轉時，全橋電路可用于驅動直流電機。四個功率 MOSFET 用于為直流電機提供變速和反轉。在此示例電路中，低側 N 通道晶體管用于 PWM 速度控制，上方的晶體管用于選擇電機方向。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 2 提供了使用此電路配置反轉的直流電機示例代碼。

直流電機的突然反轉可能會損壞功率 MOSFET。其他電路可用于感測電機的反電動勢，并在電機停止運轉時提供安全反轉。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 3 提供了使用此電路配置軟反轉的直流電機示例代碼。此示例使用了 C8051F300 ADC 的滑窗檢測器功能來測量反電動勢。

半橋在要求主動制動的單向控制的應用中非常有用。半橋電路還可以用于降低較大直流電機的功率損耗。上方功率 MOSFET 中的功率損耗可能比使用肖特基二極管的低得多。半橋直流電機驅動需要帶有死區時間的中心對齊式 PWM。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 7 提供了帶有死區時間的中心對齊式 PWM 軟件示例代碼。這種基于軟件的 PWM 代碼使用三個 PCA 模塊和一個中斷服務程序。中斷服務程序僅使用 1.4 MIPS，為用戶代碼留出了 23.6 MIPS。

全橋用于需要全四象限控制、且在任一方向上都有正負扭矩和旋轉的伺服應用。主動制動。四象限直流電機驅動需要四個帶有死區時間的中心對齊式 PWM 通道。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 7 可以輕松擴展至四個中心對齊式 PWM 通道。此修改的 PWM 代碼將使用五個 PCA 模塊和一個中斷服務程序。中斷服務程序將僅使用 2.8 MIPS，這就為用戶代碼留出了 22.2 MIPS。

中心對齊式 PWM 代碼可與正交解碼和一個簡易的 PID 控制器相結合，以便形成完整的伺服控制系統。

采用反轉的直流電機

采用軟反轉的直流電機

半橋直流電機驅動

四象限直流電機驅動

交流電機應用

交流感應電機需要三個帶正弦波調制的 PWM 信號。此示例電路使用三相晶體管橋來驅動交流感應電機。8 位 PWM 調制模式的三個 PCA 模塊用來驅動三相半橋。此配置需要使用帶有內置死區時間的柵極驅動。可能需要下拉電阻器來確保復位時打開下方晶體管。

AN191 - 電機控制軟件示例中的示例 5 提供了使用恒定 V/Hz 控制的交流感應電機控制的簡單示例。三個基于硬件的 8 位 PWM 無需任何開銷。基于單一定時器的中斷服務程序用來計算和更新正弦波。ISR 使用不到 1 MIP，這就為用戶代碼留出了超過 24 MIPS。

AC 感應電動機