电机控制应用

步进电机应用

AN155 为使用 C8051F300 MCU 的单极步进电机提供完整的参考设计。MCU 可直接驱动 3 V 逻辑级功率 MOSFET。单极步进电机系统可在元器件使用数量最少和材料清单成本最低的情况下，提供准确定位。

参考设计板含一个 C8051F300 MCU、四个用来驱动步进电机的功率 MOSFET、一个二极管箝位电路、一个稳压器和一个 RS232 接口。此软件展示了一个具有可调加速度的线性速度分析器。

AN155 中提供的软件还可用于驱动经过较小改装的双极步进电机。双极电机由双 H-桥驱动，并采用整体电机绕组。下方的晶体管可直接从 MCU 驱动。上方的晶体管需要高侧驱动电路。四个价廉的 NPN 晶体管在共同基座构造中，可用于高达约 24 伏的双极步进电机（具体要根据是否可用 3 V 逻辑级功率 MOSFET）。请注意，高侧端口引脚必须反转极性。双极步进电机的元器件数量更多、材料清单成本更高。

单极步进电机驱动

双极步进电机驱动

无刷直流电机应用

无刷直流电机通常采用三相桥电路驱动。在此电路示例中，霍尔效应磁性传感器用于位置反馈。换向模式用于选择使用六个晶体管中的哪一个。AN191 - 电机控制软件示例中的示例 4 提供了使用 C8051F330 MCU 进行无刷直流电机控制的简单示例。一个 PCA 模块采用 8 位 PWM 调制模式。使用优先权交叉开关在底部的三个晶体管之间多路复用单一 PWM 信号。ADC 用于测量电位计上的电压。

带有霍尔传感器的无刷直流电机

直流电机应用

最简单的直流电机驱动电路由一个单一 N 通道功率 MOSFET 和肖特基二极管组成。该电路为单方向旋转的直流电机提供变速控制。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 1 提供了使用 C8051F300 MCU 的直流电机简单示例代码。此软件示例使用了 ADC 和一个配置为 8 位 PWM 调制模式的 PCA 模块。基于硬件的 PWM 无需任何 CPU 开销，这就为用户代码留出了 25 MIPS。

当需要反转时，全桥电路可用于驱动直流电机。四个功率 MOSFET 用于为直流电机提供变速和反转。在此示例电路中，低侧 N 通道晶体管用于 PWM 速度控制，上方的晶体管用于选择电机方向。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 2 提供了使用此电路配置反转的直流电机示例代码。

直流电机的突然反转可能会损坏功率 MOSFET。其他电路可用于感测电机的反电动势，并在电机停止运转时提供安全反转。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 3 提供了使用此电路配置软反转的直流电机示例代码。此示例使用了 C8051F300 ADC 的滑窗检测器功能来测量反电动势。

半桥在要求主动制动的单向控制的应用中非常有用。半桥电路还可以用于降低较大直流电机的功率损耗。上方功率 MOSFET 中的功率损耗可能比使用肖特基二极管的低得多。半桥直流电机驱动需要带有死区时间的中心对齐式 PWM。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 7 提供了带有死区时间的中心对齐式 PWM 软件示例代码。这种基于软件的 PWM 代码使用三个 PCA 模块和一个中断服务程序。中断服务程序仅使用 1.4 MIPS，为用户代码留出了 23.6 MIPS。

全桥用于需要全四象限控制、且在任一方向上都有正负扭矩和旋转的伺服应用。主动制动。四象限直流电机驱动需要四个带有死区时间的中心对齐式 PWM 通道。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 7 可以轻松扩展至四个中心对齐式 PWM 通道。此修改的 PWM 代码将使用五个 PCA 模块和一个中断服务程序。中断服务程序将仅使用 2.8 MIPS，这就为用户代码留出了 22.2 MIPS。

中心对齐式 PWM 代码可与正交解码和一个简易的 PID 控制器相结合，以便形成完整的伺服控制系统。

采用反转的直流电机

采用软反转的直流电机

半桥直流电机驱动

四象限直流电机驱动

交流电机应用

交流感应电机需要三个带正弦波调制的 PWM 信号。此示例电路使用三相晶体管桥来驱动交流感应电机。8 位 PWM 调制模式的三个 PCA 模块用来驱动三相半桥。此配置需要使用带有内置死区时间的栅极驱动。可能需要下拉电阻器来确保复位时打开下方晶体管。

AN191 - 电机控制软件示例中的示例 5 提供了使用恒定 V/Hz 控制的交流感应电机控制的简单示例。三个基于硬件的 8 位 PWM 无需任何开销。基于单一定时器的中断服务程序用来计算和更新正弦波。ISR 使用不到 1 MIP，这就为用户代码留出了超过 24 MIPS。

AC 感应电动机