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[导读]我们需要了解数字控制的另一个非常重要的方面;这就是 PWM 过程。正如 ADC 是模拟世界和数字世界之间的纽带一样,PWM 模块将同样的功能带回模拟世界。考虑到它对您的控制回路性能的战略贡献,我们花一些时间讨论它是很合适的。

我们需要了解数字控制的另一个非常重要的方面;这就是 PWM 过程。正如 ADC 是模拟世界和数字世界之间的纽带一样,PWM 模块将同样的功能带回模拟世界。考虑到它对您的控制回路性能的战略贡献,我们花一些时间讨论它是很合适的。

请记住……并非所有 PWM 都生而平等!

在高频载波上调制控制信号的概念似乎很简单。但作为设计过多种不同 PWM 模块的人,我可以证明一个事实,即有许多细微之处可以成就或破坏您的控制系统的性能。我记得在我职业生涯的早期,有人要求我评估用于电机控制市场的处理器。它的一切都很棒,除了……PWM 模块中缺少一项功能,这扼杀了它在电机控制方面的前景。PWM 模块和 ADC 转换器之间的单个触发信号,因为它不存在,所以一切都不同了!

在为您的数字控制应用选择 PWM 模块时,您可能首先要检查以下几个特性:

一种。 脉宽调制分辨率。正如分辨率对 ADC 很重要一样,它对 PWM 信号也很重要。我曾经使用只有 8 位 PWM 分辨率的处理器设计了一个伺服系统,并立即遇到了位置抖动问题。对于大多数使用数字计数器生成载波的 PWM 模块,您最终会牺牲最大 PWM 频率来换取分辨率,这取决于您的计数器时钟频率。对于数字电源应用,这确实是一个大问题。这就是为什么 TI 的许多 Piccolo TM系列上的 PWM 模块都具有允许 150 pS 分辨率的高分辨率模式!(没错……皮秒中的“p”!)

b. 死区时间。大多数设计用于数字控制的 PWM 模块都能够直接驱动图腾柱配置中的顶部和底部晶体管。这意味着每对 PWM 输出都包含一个可编程死区时间,该死区时间插入一个 PWM 信号的关闭和互补 PWM 信号的开启之间。对于大多数应用,所有晶体管的单个死区时间值就足够了。但在更高级的 PWM 模块中,每个互补的 PWM 对都可以有自己的死区时间值,在某些情况下,顶部和底部晶体管的死区时间甚至不同。

C。 PWM通道对齐。这是一个太大的话题,无法在这里涵盖所有内容,但足以说明您的 PWM 信号如何逐相对齐(例如,中心对齐、边缘对齐、不对称对齐)对电机看到的 PWM 信号的谐波含量。确保您选择的 PWM 模块可以生成对齐模式,从而为您的应用提供最佳性能。

d. 脉宽调制更新率. 大多数 PWM 模块都有双缓冲 PWM 值寄存器,这意味着来自软件的 PWM 值被加载到一组外部寄存器,然后该数据在 PWM 周期开始时被传输到活动 PWM 寄存器。然而,许多工程师没有记住的是,这会增加控制系统的相位延迟,并且在系统的任何稳定性分析中都必须考虑。当数据位于这些外部寄存器中时,它会变得陈旧。许多 PWM 模块(例如我们的 Piccolo 系列处理器中的模块)能够在每个 PWM 周期内更新两次。这不仅稍微提高了您的相位裕度,而且还允许您的系统采样频率实际上是 PWM 频率的两倍。这对于空间矢量调制 (SVM) 系统也是一个非常有用的功能,

e. ADC触发。如本系列第 2 部分所述,PWM 模块和 ADC 模块必须紧密相连,以消除 ADC 输入样本中的 PWM 谐波。如该博客中所示,您希望在 ON 和 OFF 脉冲的中心点对电机电流进行采样以实现此目的。理想情况下,这一点发生在数字计数器达到其最大和最小计数值时(编程为向上/向下操作),这就是为什么许多 PWM 模块会在这些时刻生成触发信号以与 ADC 一起使用。但是,根据死区时间的实现方式,这可能会稍微延迟脉冲的中心。结果,一些先进的 PWM 模块(再一次,像 Piccolo 上的那个 :-)) 可以利用任何未使用的 PWM 通道来生成 ADC 触发脉冲。这允许在 PWM 周期内的任何地方触发 ADC。

F。 故障处理。在许多电机控制应用中,安全要求规定必须能够在检测到问题时通过硬件使您的 PWM 离线。为此,设计用于数字控制的 PWM 模块通常包含一个或多个硬件故障输入。在许多高级 PWM 模块上,故障信号可由板载模拟比较器提供,该比较器可直接监控硬件信号的电平,并在信号高于或低于软件指定的电压电平时自动生成故障。Piccolo 2803x 处理器上的 PWM 包含三个板载模拟比较器,可用于此目的。

您还需要检查其他功能,但这些是需要重点关注的主要功能。准备好熟悉您在数字控制设计中使用的任何处理器的 PWM 模块。

TI 绝对不会出错!

现在,在你把整个系列写成一个巨大的推销之前,请考虑一下我要在这里说的话,因为如果我不完全相信,我不会说出来!在上个世纪中叶,有一句话叫“你永远不会因为在 IBM 计算机上设计而被解雇”。作为一名为扫描电子显微镜的六轴控制器评估 DSP 的年轻工程师,我仍然记得我的老板告诉我关于 TI 的同样事情!……他是对的!德州仪器 (TI) 在电机控制领域拥有悠久的创新和早期开拓历史。我们今天在电机控制行业中认为理所当然的许多功能都是由 TI 开发和推出的。创新仍在继续。在 TI,电机控制不仅仅是我们所做的事情,它是我们的一部分!我们目前正在电机控制处理器的新硬件功能以及驱动电机的令人难以置信的新算法方面取得突破。


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