電流控制電路分成訊號調整及電流控制器部分,訊號調整在於將每相電流命令與 電流迴授訊號相減以得到電流誤差訊號,所以電路保含一個數值運算單元及以狀態機 器為主的運算控制器。而在電流控制器上,一般常用的電流控制器有三種,分別為磁 滯型電流控制器(hysteresis current controller)、預測型電流控制器(predictive current controller)與比例積分型電流控制器(proportional integral current controller),磁滯型電流 控制器居有電路結構簡單的優點,但是其開關切換頻率變化範圍大,增加功率級電路 設計的困難度;預測型電流控制器之控制參數,可直接由馬達參數得到,但其對於馬 達參數的變異相當靈敏;比例積分型電流控制器,對於馬達參數的靈敏度低,且具有 固定開關切換頻率之優點,因此本論文採用比例積分型控制器作為使用線性型霍爾感 測器之磁場導向控制架構的電流控制器。
圖4.30為此電路方塊圖,Ha、Hb、Hc為三相霍爾感測器訊號,Ia、Ib、Ic為三相迴 授電流訊號,Ia_err、Ib_err、Ic_err為三相電流誤差訊號,I_cmd為速度控制器輸出的電 流命令,torque_en為觸發訊號。snesorless_on為為無感測速度估測器的觸發訊號,Da、
Db、Dc為三相電壓命令,此電路工作原理為當ADC取到霍爾感測器訊號後,torque_en 訊號觸發調整訊號電路動作,之後輸出的三相電流誤差訊號,經過PI控制器後,可以 得到三相電壓命令,並同時觸發無感測速度估測器開始動作。
圖4.30 電流控制電路方塊圖
訊號調整電路包含了:一個數值運算單元與一個狀態機為基礎的運算控制器,其 數值運算單元包含一個16位元的乘法器、16位元的加/減法器,而運算控制器之執行順 序與狀態變化如圖4.31與圖4.32。電路硬體架構與圖4.28一樣,只是少了限制器而已。
圖4.31 訊號調整電路之執行順序示意圖
圖4.32 訊號調整電路狀態變化圖
至於比例積分型電流控制器,在前一節迴授控制電路設計以做介紹,因此不再贅 述。
圖4.33為電流控制電路的IP方塊,輸入訊號:Ha、Hb、Hc為三相霍爾感測器訊 號,以有號數12位元表示,其數值範圍(+2047 ~ -2048);Ia、Ib、Ic為三相迴授電流訊 號,以有號數12位元表示,其數值範圍(+2047 ~ -2048);ckp、cki為電流控制器比例、
積分參數,以無號數16位元表示,其數值範圍(0~65535);torque_en為觸發訊號;I_cmd 為電流命令,以有號數16位元表示,其數值範圍(+32,767 ~ -32,768);Clk為電路時脈訊 號。輸出訊號:Da、Db、Dc為三相電壓命令輸出,以有號數10位元表示,其數值範圍 (+500 ~ -500);sensorless_en為無感測速度估測器之觸發訊號。表4.8為腳位功能說明。
圖4.33 電流控制電路的IP方塊 表4.8 電流控制電路腳位功能說明
接腳名稱 輸入/出 資料長度 功能說明
Ha [11..0]
Hb [11..0]
Hc [11..0]
輸入 12位元
三相霍爾感測器訊號 數值範圍:+2047 ~ -2048
Ia [11..0]
Ib [11..0]
Ic [11..0]
輸入 16位元
三相電流迴授訊號 數值範圍:+2047 ~ -2048
I_cmd [15..0] 輸入 16位元 電流命令
torque_en 輸入 1位元 致能訊號 (1:重置,0:不重置) ckp [15..0]
cki [15..0] 輸入 16位元 轉矩控制器參數 (Q7)
clk 輸入 1位元 系統時脈
Sensorless_en 輸出 1位元 無感測速度估測電路觸發訊號 (1:不觸發,0:觸發) Da [9..0]
Db [9..0]
Dc [9..0]
輸出 10位元
三相相電壓命令 數值範圍:+500 ~ -500