[实用新型]一种用于电机控制的微控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制技术领域，尤其涉及一种用于电机磁场定向矢量控制的微控制器。

背景技术

近些年来永磁同步电机(PMSM)与无刷直流电机(BLDC)广泛应用于工业系统、电动车、无人机、空调、风机等各种领域，而在该类电机的控制系统中其主控芯片主要有DSP、FPGA、MCU、ASIC四类。由于MCU芯片具有软件可编程、开发容易、控制灵活、成本低等优点，因此被广泛应用于PMSM与BLDC的控制系统中。根据调查数据显示，2013年全球电机控制MCU芯片的市场规模达到100亿美元，预计今后2年还会以10％的速度增长。根据应用领域不同，BLDC基于MCU芯片的控制方案有方波控制方案与磁场定向(FOC)算法控制方案，不同的控制方案所需要的芯片资源有所不同。PMSM的控制方案主要采用的是磁场定向控制(FOC)算法。

磁场定向控制(FOC)又称为矢量控制，是通过控制变频器输出电压的幅值和频率来控制三相电机的一种变频驱动控制方法，FOC算法是目前电机控制领域应用最为广泛的一种算法。FOC算法的结构框图如图4所示，在算法中需要同时采集三相线圈中的两相线圈的电流Iu、Iv，然后Iu、Iv经过运算放大器方法后送向ADC进行转换，根据转换的结果再计算出另外一相线圈的电流Iw。在FOC算法中，进行Park正反变换与Clark变换时需要计算三角函数。

在目前的电机控制领域，用户在电机控制系统中所选用的MCU、DSP等主控芯片主要由国外各大半导体厂商提供。这些半导体厂商提供的芯片不仅可以应用在电机控制领域，还可以用在家用电器、电表、LED控制等各领域，由于应用领域的广泛导致芯片内部的资源过于丰富，芯片成本增加。并且这些半导体厂商提供的芯片没有针对电机控制的应用做特定的优化，用户使用起来不方便。

有鉴于此，现有技术亟需要一种针对电机控制的高精度、多任务的微控制器。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种针对电机控制的高精度、多任务 以及高实时性的微控制器。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型公开一种用于电机控制的微控制器，其特征在于，包括：一处理器，一存储单元、一时钟生成单元、一数学协处理器、一可编程模拟放大器单元、一模数转换器以及总线单元，该处理器单元、存储单元、时钟生成单元、数学协处理器、可编程模拟放大器以及该模数转换器均通过该总线单元连接。

更进一步地，该数学协处理器用于执行除法运算和/或三角函数运算，该数学协处理器包括一运算内核，该运算内核的时钟频率是处理器的时钟频率的2倍。

更进一步地，该运算内核包括一CORDIC运算模块以及一除法器运算模块。

更进一步地，该可编程模拟放大器单元包括两个单端输入或双端输入可选的差分结构的可编程模拟放大器以及一单端输入的可编程模拟放大器，该单端输入的可编程模拟放大器用于对电机控制系统中的逆变器的母线小信号电压进行放大。

更进一步地，该单端输入或双端输入可选的差分结构的可编程模拟放大器包括一正端输入和一负端输入，在该双端输入模式下，该正端输入和负端输入均有效，并对该正端输入和该负端输入的差值信号进行放大；在该单端输入模式下，该正端输入和负端输入仅一个有效，并对该有效的信号进行放大。

更进一步地，该模数转换器用于在同一时刻采集该电机的三相线圈电压中的两相线圈电压。

更进一步地，该模数转换器包括：第一采样保持电路，用于采集并保持第一模拟信号；第二采样保持电路，用于采集第二模拟信号；以及一模数转换电路，该第一采样保持电路和第二采样保持电路均与该模数转换电路连接，该模数转换电路依次转换该第一模拟信号和第二模拟信号。

更进一步地，该可编程模拟放大器单元与该模数转换器连接，该第一模拟信号和第二模拟信号为该可编程模拟放大器单元的输出信号，该第一模拟信号和该第二模拟信号分别是第一、第二单端输入或双端输入可选的差分结构的可编程模拟放大器的输出信号。

更进一步地，该总线单元包括一高速总线以及一低速总线，该高速总线与低速总线通过一桥接器连接。

更进一步地，该处理器、存储单元、时钟生成单元以及数学协处理器与该高速总线连接，该可编程模拟放大器单元以及模数转换器通过该低速总线连接。

更进一步地，该单端输入的可编程模拟放大器用于对该电机的三相逆变桥中对地的母线小信号电压进行放大，该放大后的母线小信号电压经一比较器比较后实现过流检测。

与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：