东芝无传感器BLDC矢量控制方案

1、- PAGE 47/46 -TMPM370应用手册无传感器BLDC马达的矢量控制【 暂定版 】版本 0.42011/07/13目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc299716966 1马达控制 图 11所示。图 STYLEREF 1 s 1 SEQ 図 * ARABIC s 1 1:马达控制阶段的状态迁移马达控制具有图所示的5个控制阶段。要启动马达使其稳定运转，需要依次进行各阶段操作。即停止（Stop）阶段、定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段、强制运转(Force)阶段、强制稳定转换(Change_up)阶段、稳定(Steady_A)阶段。各

2、个阶段的处理，需要实施与该阶段相对应的控制。停止（Stop）阶段时，马达停止。定位（Initposition、也称作直流励磁）阶段时，电流流经马达线圈使铁芯处产生磁通量，将转子的位置固定于0点附近。位置确定完成后，进入下一阶段。强制运转 (Force)阶段时，转子开始旋转。该阶段并非进行矢量控制反馈处理，而是强制地加入旋转磁场、转子追随该旋转磁场进行旋转。角速度指令值达到最低频率时，进入下一阶段。強制稳定的切换(Change_up)阶段时，马达进行从强制运转切换至稳定状态的处理。使马达配合转子的位置进行转动（原本马达旋转与转子位置无关）。强制到稳定切换完成后，进入下一阶段。稳定(Steady_

3、A)阶段时，按照转子位置和马达目标旋转速度进行驱动。矢量控制的原理无传感器BLDC 马达的矢量控制方框图与各方框处的处理如下。方框图图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 1 控制方框图反馈信息通过转子位置，相电流，电源电压等进行矢量控制反馈。电流测定检验马达电流的方法有，使用电流传感器的方法以及串联插入分流电阻测量反电势的方法。这里，就使用分流电阻的方法进行以下说明。2.2.1.13电阻方式图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 2 3电阻方式的驱动电路马达电流IU、IV、IW 可以根据流经连接在下相的功率器件 x、y、z上的分

4、流电阻Rx、Ry、Rz的电流Ix、Iy、Iz 计算出来。比如、上相 u 与下相 y、z 处于on时，IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW 。运算方法根据磁场的方向s 的不同而不同。 扇区1 (s = 060): 电流方向 U - V、W 和 U、V - W。(100) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU = -IV - IW 扇区2 (s = 60120): 电流方向 U、V - W和V - W、U。(110) 和 (010) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU 扇区3 (s = 120180): 电流方向 V - W

5、、U和V、W - U。(010) 和 (011) IW = -Iz、IU = -Ix、IV = -IW - IU 扇区4 (s = 180240): 电流方向 V、W - U和W - U、V。(011) 和 (001) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV 扇区5 (s = 240300): 电流方向 W - U、V和W、U - V。(001) 和 (101) IU = -Ix、IV = -Iy、IW = -IU - IV 扇区6 (s = 300360): 电流方向 W、U - V和U - V、W。(101) 和 (110) IV = -Iy、IW = -Iz、IU

6、 = -IV IW2.2.1.2单电阻方式图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 3 单电阻方式的驱动电路马达电流 IU、IV、IW 可以根据流经连接在下相的功率器件 x、y、z上的分流电阻的电流I计算出来。例如、上相 u 与下相 y、z 处于on时、IU = -IV IW = I 。运算方法根据磁场的方向s 的不同而不同。 扇区1 (s = 060): 电流 u,y,z on期间 IU = -IV -IW = I u,v,z on期间 IW = -I 扇区2 (s = 60120): 电流 u,v,z on期间 IW = -I x,v,z on期间 IV =

7、-IU -IW = I 扇区3 (s = 120180): 电流 x,v,z on期间 IV = -IU IZ = I x,v,w on期间 IU = -I 扇区4 (s = 180240): 电流 x,v,w on期间 IU = -I x,y,w on期间 IW = -IU -IV = I 扇区5 (s = 240300): 电流 x,y,w on期间 IW = -IU -IV = I u,y,w on期间 IV = -I 扇区6 (s = 300360): 电流 u,y,w on期间 IV = -I u,y,z on期间 IU = -IV -IW = I 位置检测使用矢量控制检测转子位置需

8、要用到位置传感器。不过、家电产品一般无法使用价格高的传感器，而是使用通过运算推测位置的无位置传感器控制，或使用HALL IC（霍尔集成电路）。位置传感器上会用到旋转变压器、增量编码器。这里就增量编码器进行一下说明。增量编码器安装在马达转子轴上，增量编码器进行旋转，输出相位偏离90度的A相与B相 的2相信号，以及表示基准位置的Z相信号。（图2-4 上）马达每旋转1周，2相信号输出规定数目的脉冲（比如，旋转一周输出1024脉冲）、马达每旋转1周，Z相信号输出一次。微处理器通过从基准位置开始对脉冲数进行计数来检测转子位置。（图2-4下）图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC

9、s 1 4 增量编码器UVW /变换（Clarke变换）图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 5 UVW 变换向3 相线圈 U、V、W分别加入电流 IU、IV、IW产生磁场，也可向2相线圈、加入电流 I、I获取相同磁场，此时I、I可以根据以下公式算出。不过、U与需保持同方向。I = 2/3 (cos0 IU + cos120 IV + cos240 IW)I = 2/3 (sin0 IU + sin120 IV + sin240 IW)I = 2/3 (IU - 1/2 IV - 1/2 IW)I = 2/3 (3/2 IV - 3/2 IW)【使用定点数的整

10、数计算公式】I = (0 x55555556 IU - 02AAAAAAB IV - 02AAAAAAB IW) 231I = (049E69D16 IV - 049E69D16 IW) 231变量名功能IUU相电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)IVV相电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)IWV相电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)I轴电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)I轴电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)/ dq 变换（Park变换）图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC

11、s 1 6 dq 变换此外，向与转子同时旋转的2相线圈d、q分别加入电流Id、Iq 获取相同磁场，此时Id、Iq可以根据以下公式计算。Id = cos I + sin IIq = - sin I + cos I【使用定点数的整数计算公式】Id （ cos I + sin I）215Iq （-sin I + cos I）215变数名功能I轴电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)I轴电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)sin的正弦值16位定点数据(-1.01.0、小数点以下15位)cos的余弦值16位定点数据(-1.01.0、小数点以下15位)Idd轴电流32位定

12、点数据(-1.01.0、小数点以下31位)Iqq轴电流32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)向转子加入直角方向磁场时，驱动转子的旋转力变得最大。即控制 Id = 0 时，可以获得最大效率。PI 控制控制量控制对象操作量控制器（PI控制）偏差目标值图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 7 PI 控制 转子位置估算、频率控制、电流控制所使用的 PI 控制的基本计算方法如下： 操作量 = 比例项 + 积分项 比例项 = KP 偏差 积分项 = KI TS (偏差的积分) = KI TS 偏差 + (1 控制周期前的积分项) KP: 比例增益 KI: 积分

13、增益 TS: 控制周期另外、如果将现在的操作量设为 OPn、偏差设为 DVn，1 控制周期前的操作量设为 OPn-1、偏差设为 DVn-1 等，以下公式成立。 OPn = KP DVn + KI TS (DVn + DVn-1 + DVn-2 + . + DV1 + DV0) OPn-1 = KP DVn-1 + KI TS (DVn-1 + DVn-2 + . + DV1 + DV0) 将两公式相减，即： OPn - OPn-1 = KP (DVn - DVn-1) + KI TS DVn 即： OPn = OPn-1 + KP (DVn - DVn-1) + KI TS DVn转子位置估算

14、估算转子位置时，操作量设为马达驱动信号输出频率est、控制量设为 d 轴感应电压 Ed 进行PI 控制。另外 Ed 的目标值常常为 0 ，即偏差为 -Ed 。根据PI 控制获得的 est 以及控制周期 Ts ，计算转子位置。 使用马达的d轴相关等价电路方程式计算出Ed。 Vd = R Id - est Lq Iq + Ed Ed = Vd - R Id + est Lq Iq = + Ts est Ed: d 轴感应电压 Vd: d 轴施加电压 Id、Iq: d 轴、q 轴电流 est: 估算的频率值 R: 转子线圈电阻 Lq: q 轴转子线圈电感 Ki: 积分增益 Kp: 比例增益 Ts:

15、控制周期 : 转子位置频率控制、电流控制频率控制中，控制量设为马达驱动信号输出频率、操作量设为q 轴电流 Iq进行PI 控制。电流控制中，控制量设为d 轴、q 轴的电流 Id、Iq、操作量分别设为 d 轴、q 轴的电压 Vd、Vq，进行2个 PI 控制。dq /变换（逆Park变换）进行 dq 变换的逆变换。 V = cos Vd sin Vq V = sin Vd + cos Vq【使用定点数的整数计算公式】V （cos Vd sin Vq）215V （sin Vq cos Vq）215变量名功能Vdd轴电压32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)Vqq轴电压32位定点数据(-1.

16、01.0、小数点以下31位)sin的正弦値16位定点数据(-1.01.0、小数点以下15位)cos的余弦値16位定点数据(-1.01.0、小数点以下15位)V轴电压32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位)V轴电压32位定点数据(-1.01.0、小数点以下31位) / UVW 变换2相到3相的变换可以使用逆Clarke变换方法以及空间矢量变换方法。此处就空间矢量变换进行说明。图 STYLEREF 1 s 2 SEQ 図 * ARABIC s 1 8 空间矢量运算1 PWM 周期内、上相 (u、v、w)、下相 (x、y、z) 的on,off组合有8种。除去0 矢量(000)、(111)

17、之外的 6 种电压矢量 V1V6 都会导致磁场发生。其中，将相邻的2个电压矢量组合起来可以获得任意的电压矢量 V。这种方法叫做空间矢量法。这里 (uvw)为1 时表示 u 为on、x为off，(uvw)为0时则u 为off、x 为on。v、w 也一样。例如，图中、V、V的合成矢量 V在 扇区 1 上，所以可以在电压矢量 V1 与 V2上分别乘以系数 t1、t2 获得矢量 V1、V2的合成矢量。PWM 半周期中、通过在时间 t1、t2时产生V1、V2来合成V。图 STYLEREF 1 s 29 各相的接通状态扇区 1 的t1、t2、t3 的计算公式如下： V = 2/3 (V1 + V2 cos

18、60) = 2/3 V1 + 1/3 V2 V = 2/3 (V2 sin60) = 1/3 V2从上式可以得出： V2 = 3 V V1 = 3/2 V - 1/2 V2 = 3/2 V - 3 /2 V 将DC 电压设为 Vdc、PWM 半周期设为 T ： V1 = t1 / T Vdc V2 = t2 / T Vdc 因此： t1 = T / Vdc V1 = T / Vdc (3/2 V - 3 /2 V) = 3 T / Vdc (3 /2 V - 1/2 V) t2 = T / Vdc V2 = T / Vdc (3 V) = 3 T / Vdc V t3 = T - t1 - t

19、2将V0、V7 的发生时间分别变为t3 / 2 的为3 相调制，将V0 的发生时间变为 t3、V7 的发生时间变为 0 的是 2 相调制。通过空间矢量运算获得的 U、V、W 端子的电压波形如下所示。不过 Vd = 0 为假定值。 2相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时)空间向量运算 2相调制 UVW 波形图 STYLEREF 1 s 210 空间矢量运算 - 2 相调制 Vdc: DC 电压 T: PWM 半周期 K = 3 / Vdc T tU、tV、tW: U、V、W 相的on时间 (半周期)1) 扇区1 (s = + 90 : 060) t1 = K (3 / 2 V - 1

20、/ 2 V) t2 = K V tU = t1 + t2 = K (3 / 2 V + 1 / 2 V) = K Vq (-3 / 2 sin + 1 / 2 cos) tV = t2 = K V = K Vq cos tW = 02) 扇区2 (s = + 90 : 60120) t1 = K (-3 / 2 V + 1 / 2 V) t2 = K ( 3 / 2 V + 1 / 2 V) tU = t2 = K ( 3 / 2 V + 1 / 2 V) = K Vq (-3 / 2 sin + 1 / 2 cos) tV = t1 + t2 = K V = K Vq cos tW = 03

21、) 扇区3 (s = + 90 : 120180) t1 = K V t2 = K (-3 / 2 V - 1 / 2 V) tU = 0 tV = t1 + t2 = K (-3 / 2 V + 1 / 2 V) = K Vq (3 / 2 sin + 1 / 2 cos) tW = t2 = K (-3 / 2 V - 1 / 2 V) = K Vq (3 / 2 sin - 1 / 2 cos)4) 扇区4 (s = + 90 : 180240) t1 = K (-V) t2 = K (-3 / 2 V + 1 / 2 V) tU = 0 tV = t2 = K (-3 / 2 V +

22、1 / 2 V) = K Vq (3 / 2 sin + 1 / 2 cos) tW = t1 + t2 = K (-3 / 2 V - 1 / 2 V) = K Vq (3 / 2 sin - 1 / 2 cos)5) 扇区5 (s = + 90 : 240300) t1 = K (-3 / 2 V - 1 / 2 V) t2 = K (3 / 2 V - 1 / 2 V) tU = t2 = K (3 / 2 V - 1 / 2 V） = K Vq(-3 / 2 sin - 1 / 2 cos) tV = 0 tW = t1 + t2 = -K V = -K Vq cos6) 扇区6 (s

23、 = + 90 : 300360) t1 = K (3 / 2 V + 1 / 2 V) t2 = K (-V) tU = t1 + t2 = K (3 / 2 V - 1 / 2 V) = K Vq (-3 / 2 sin - 1 / 2 cos) tV = 0 tW = t2 = -K V = -K Vq cos3 相调制的 U、V、W 波形 (Vd = 0 时)空间向量运算 3相调制 UVW 波形图 STYLEREF 1 s 211 空间矢量运算 - 3 相调制 Vdc: DC 电压 T: PWM 半周期 K = 3 / Vdc T tU、tV、tW: U、V、W 相的on時間 (半周期

24、)1) 扇区1 (s = + 90 : 060) t1 = K (3 / 2 V - 1 / 2 V) t2 = K V tU = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2) / 2 = K (Vq + 3 / 2 V + 1 / 2 V) / 2 = K Vq (1 - 3 / 2 sin + 1 / 2 cos) / 2 tV = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = K (Vq - 3 / 2 V + 3 / 2 V) / 2 = K Vq (1 + 3 / 2 sin + 3 / 2 cos) / 2 tW = t3 / 2 = (T

25、 - t1 - t2) / 2 = K (Vq - 3 / 2 V - 1 / 2 V) / 2 = K Vq (1 + 3 / 2 sin - 1 / 2 cos) / 22) 扇区2 (s = + 90 : 60120) t1 = K (-3 / 2 V + 1 / 2 V) t2 = K ( 3 / 2 V + 1 / 2 V) tU = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = K (Vq + 3 V) / 2 = K Vq (1 - 3 sin) / 2 tV = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2) / 2 = K (Vq +

26、V) / 2 = K Vq (1 + cos) / 2 tW = t3 / 2 = (T - t1 - t2) / 2 = K (Vq - V) / 2 = K Vq (1 - cos) / 23) 扇区3 (s = + 90 : 120180) t1 = K V t2 = K (-3 / 2 V - 1 / 2 V) tU = t3 / 2 = (T - t1 - t2) / 2 = (3 / 2) V - (1 / 2) V = K Vq (1 - 3 / 2 sin - 1 / 2 cos) / 2 tV = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2) / 2 =

27、-(3 / 2) V + (1 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin + 1 / 2 cos) / 2 tW = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = -(3 / 2) V - (3 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin - 3 / 2 cos) / 24) 扇区4 (s = + 90 : 180240) t1 = K (-V) t2 = K (-3 / 2 V + 1 / 2 V) tU = t3 / 2 = (T - t1 - t2) / 2 = (3 / 2) V + (1 / 2) V = K Vq (1 - 3 /

28、 2 sin + 1 / 2 cos) / 2 tV = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = -(3 / 2) V + (3 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin + 3 / 2 cos) / 2 tW = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2) / 2 = -(3 / 2) V - (1 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin - 1 / 2 cos) / 25) 扇区5 (s = + 90 : 240300) t1 = -(3 / 2) V - (1 / 2) V t2 = (3 / 2) V

29、- (1 / 2) V tU = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = 3 V = K Vq (1 - 3 sin) / 2 tV = t3 / 2 = (T - t1 - t2) / 2 = V = K Vq (1 + cos) / 2 tW = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2) / 2 = -V = K Vq (1 - cos) / 26) 扇区6 (s = + 90 : 300360) t1 = (3 / 2) V + (1 / 2) V t2 = -V tU = t1 + t2 + t3 / 2 = (T + t1 + t2

30、) / 2 = (3 / 2) V - (1 / 2) V = K Vq (1 - 3 / 2 sin - 1 / 2 cos) / 2 tV = t3 / 2 = (T - t1 - t2) / 2 = -(3 / 2) V + (1 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin + 1 / 2 cos) / 2 tW = t2 + t3 / 2 = (T - t1 + t2) / 2 = -(3 / 2) V - (3 / 2) V = K Vq (1 + 3 / 2 sin - 3 / 2 cos) / 2弱磁控制施加电压 V 感应电压 E图 STYLEREF 1 s 212

31、 施加电压与感应电压向定子线圈施加电压 V后，转子开始旋转，产生感应电压 E。只要是V E ，就会有电流流经定子线圈，产生旋转扭力。V 的最大值为DC 电压，因此E 的最大值也是 DC 电压，此时马达的速度最大。这里，控制Id将转子的磁场减弱时，感应电压也会降低，电流增加，从而获得更高的速度。它称作弱磁控制。TMPM370马达控制内置电路3.1概要TMPM370 (TMPM370FYFG/ FYDFG) 是为了实现BLDC 马达 (无刷 DC 马达) 的矢量控制而开发的32位微处理器。此应用手册为TMPM370的内置马达驱动电路的使用方法的说明资料。请与TMPM370 技术资料一同阅读。电路规

32、格TMPM370的片内硬件电路中，使用矢量引擎、PMD电路 (马达控制电路)以及A/D 转换器进行马达驱动。同时，这些电路与外部周边电路的接口使用的是PMD电路的输入输出端口C,G (马达驱动输出 u、v、w、x、y、z、过电流保护用 EMG 信号输入) 以及A/D转换器的输入输出端口H,I,J,K (用于测量马达电流的A/D 转换输入) 。矢量引擎矢量引擎通过加入一部分矢量控制处理来减轻软件处理。1) 内置矢量控制执行的基本处理(任务：坐标轴变换，相位变换，SIN/COS运算) 运算处理使用定点形式的数据。 软件处理中不用麻烦的小数点位置管理。2) 内置马达控制电路(PMD)以及A/D转换器

33、(ADC)的I/F处理(任务：输出控制，触发生成，输入处理)将定点形式的运算结果转换成马达控制电路设定的数据形式协作动作时序数据的生成将A/D转换结果转换成定点形式的数据3) 内置电流控制中的PI控制(电流控制任务)4) 基于PWM周期的转速积分的相位插值(SIN/COS运算任务)5) 按照电流、电压和转速的最大值作为基准的归一化值进行运算。此时小数点数为定点形式。图 STYLEREF 1 s 3 SEQ 図 * ARABIC s 1 13.2.1.1矢量引擎的构成1) 任务：执行一系列的运算处理2) 调度器：确定调度中的每个执行任务以及执行顺序3) 调度管理 ：调度选择、启动控制4) 中断控

34、制 ：在调度结束后产生中断图 STYLEREF 1 s 3 SEQ 図 * ARABIC s 1 23.2.1.2调度控制通过VEACTSCH寄存器可以选择动作调度。调度由执行输出处理的输出调度以及执行输入处理的输入调度构成，输出调度由输出相关的6个任务、输入调度由输入相关的3个任务构成。调度与动作任务间的关联关系如表3-1所示。表 STYLEREF 1 s 3 SEQ 表 * ARABIC s 1 1调度选择VEACTSCH输出调度输入调度电流控制SIN/COS运算输出坐标轴变换输出相变换输出控制触发生成输入处理输入相变换输入坐标轴变换个别动作111111111调度1ooooooooo调度4

35、oooooooo调度9ooo1 仅执行1个任务3.2.1.3调度器的功能1) 具有调度功能，使任务按照规定的顺序进行动作。基本上，每PWM，CPU都会给出执行指令。2) 具有待机功能，输出调度执行完成后，等待输入调度执行的开始。电流检测完成后给出ADC中断信号，启动输入调度。3) 具有中断功能，输入调度执行完成后产生中断4) 具有重复功能，输入调度执行后重复进行同一调度。可进行2个PWM周期以上间隔的软件处理。图 STYLEREF 1 s 3 SEQ 図 * ARABIC s 1 33.2.1.4马达控制流程以及调度设定的关系可通过VEACTSCH寄存器选择动作调度。调度由执行输出处理的输出调

36、度以及执行输入处理的输入调度构成。输出调度由输出相关任务、输入调度由输入相关任务构成。通过VEMODE寄存器的设定，根据马达控制流程在相位插值允许输出控制动作零电流检测之间进行切换设定。表3-2为各控制阶段的调度设定样例。表 STYLEREF 1 s 3 SEQ 表 * ARABIC s 1 2 调度设定样例马达控制流程设定调度设定VEACTSCH任务指定VETASKAPP相位插值允许VEMODE输出控制动作VEMODE零电流检测VEMODE停止9000 输出关断0禁止初始输入9000输出关断1 允许定位150禁止01 输出允许0禁止强制运转151允许01输出允许0禁止电流反馈速度控制151许

37、可01输出允许0禁止刹车460允许01输出允许0禁止EMG返回9011 输出关断 /EMG返回0禁止3.2.1.5矢量引擎PMDADC的协作矢量引擎通过马达控制电路(PMD)和A/D转换器(ADC)的协作来控制马达。矢量引擎可以直接存取PMD和ADC寄存器的数据。具体如图3-4所示，矢量引擎通过比较寄存器向PMD给出3相PWM的占空比和输出控制设定以及AD转换时机设定，PMD按照收到的时机设定，向ADC给出开始转换的指示。ADC在转换结束后向矢量引擎发出结束信号，矢量引擎收到结束信号，开始从ADC获取转换结果。图 STYLEREF 1 s 3 SEQ 図 * ARABIC s 1 4输入输出端

38、口使用端口C的第05位(PMD 通道0 输出)、端口G的第05位(PMD 通道1 输出)进行马达驱动输出 (U,X,V,Y,W,Z)。使用端口C的第6位(PMD 通道0 输入)、端口G的第6位(PMD通道1 输入)进行EMG信号输入 (外部电路所生成的异常检测信号的输入)使用端口C的第7位(PMD 通道0 输入)、端口G的第7位(PMD通道1 输入)进行OVV信号输入 (外部电路所生成的过电压检测信号的输入)。使用端口H (ADC单元A AIN07)、端口I (ADC单元A AIN814、ADC单元B AIN02,1315)、端口J (ADC单元B AIN310,16)、端口K (ADC单元B

39、 AIN11,12)作为马达电流电压检测的模拟输入端口。使用内置运算放大器时，使用PI1PI3与PJ0。另外、PI1PI3与ADC两单元A,B都相连接。表3-3所示为端口输入与ADC单元以及内置运算放大器的关联关系。表 STYLEREF 1 s 33 端口输入与 A/D转换器的 AIN输入的对应微处理器端口名ADC单元AAIN编号ADC单元BAIN编号运算放大器连接通道PH00-PH11-PH22-PH33-PH44-PH55-PH66-PH77-PI08-PI1 注1)90-12注2)13注2)API2 注1)101-13注2)14注2)BPI3 注1)112-14注2)15注2)CPJ0-

40、3-16注2)DPJ1-4-PJ2-5-PJ3-6-PJ4-7-PJ5-8-PJ6-9-PJ7-10-PK0-11-PK1-12-注1) 来自这些端口的模拟输入，被输入到ADC的两个单元A和B中。注2) 通过内置运算放大器放大后的模拟信号被输入到这些AIN中。各输入输出端口有下述设定用寄存器，这些寄存器可按每位进行设定。这里 x 表示 C,G,H,I,J,K。a) PxDATA:通用输出数据的写入。寄存器设定值的读出或者端口输入的读出。b) PxCR:端口输出的允许、禁止。 0:输出禁止(Hi-z)、1: 输出允许 马达驱动输出所用端口设定为 1 。c) PxIE:通用输入以及功能输入的允许、

41、禁止。0: PORT输入禁止 读取PxDATA时，寄存器值被读出。1: PORT输入允许 读取PxDATA 时，端口输入值被读出。 EMG信号以及OVV信号输入所使用的端口设定为 1 。 模拟输入所使用端口设定为 0 。d) PxFR1:通用输入输出、功能输入输出的选择。 0: 通用输入输出、1: 功能输入输出 马达驱动输出、EMG输入以及OVV输入所使用的端口设定为 1 。 模拟输入所使用端口设定为 0 。e) PxOD : 开漏输出的选择。 0:CMOS输出、1: 开漏输出 f) PxPUP: 向端口添加上拉电阻。0: 无、1: 有g) PxPDN: 向端口添加下拉电阻。0: 无、1: 有

42、在功能输入输出选择时使用PMD通道0、1的EMG的保护控制可以禁止端口C,G的第05位的输出，既呈现高阻状态。A/D 转换器TMPM370内置有转化时间为2s的2单元12位 A/D转换器(ADC) (ADCA,ADCB)，带有12个转换结果寄存器，可对应22通道的模拟输入。本ADC根据转换触发的条件，有下述4种转换方式：其中马达驱动使用的是PMD触发。1) 软件触发：根据软件随时执行转换。2) PMD触发：根据来自PMD的触发(PMDTRGn)输入执行转换。3) 定时器触发：根据TMRB中断执行转换。4) 重复转换：重复执行转换。以上转换方式可以进行组合。多种方式发生时，按照以下优先度执行转换

43、，特别是最优先的PMD触发的转换，可以中断其它条件触发的转换而立即执行该转换。优先顺序： PMD触发 定时器触发 软件触发 重复转换ADCA，ADCB各自带有12 通道的转换结果寄存器011用来存放A/D转换结果。各转换结果寄存器内有转化程序，可进行A/D 转换输入的选择以及指定 A/D 转化触发信号等。该转换程序011并非对应各 A/D 转换输入，而是对应各转换结果寄存器，这点需要注意。例如，在不同时间点对同一A/D 转换输入进行A/D 转换，结果可以被储存到不同的转换结果寄存器中。因此，可以对1路的同一输入通道进行两次测量。3.2.2.1A/D转换初始设定(1) 转换时钟（SCLK）的设定

44、可以通过ADxCLK寄存器的AD预分频器输出选择（ADCLK位）进行以下设定。000：fc、001：fc/2、010：fc/4、011：fc/8、1*：fc/16注) fc为晶振时钟或者8倍频时钟请将转换时钟选择在40MHz以下。(2) DAC控制 ADxMOD0寄存器的DACON位设为 1（DAC 开启）。(3) A/D转换允许请将ADxMOD1寄存器ADEN位设为 1（A/D转换允许）。注) 只允许ADEN仍无法进行A/D转换，还需对转换执行方式以及各方式进行程序设定。转换执行方式软件触发：ADxMOD0寄存器的软件转换开始(ADSS)设定 1PMD触发：转换设定所允许的PMD触发输入定时

45、器触发：定时器5中断 INTTB51重复转换：ADxMOD1寄存器的重复A/D转换允许(ADAS)设定 1利用PMD触发电路进行的转换设定PMD触发转换是将PMD作为触发固定模式，采用与PWM计数器一起的4个比较寄存器从PMD中接收4种被固定后的AD转换开始触发信号PMDxTRG03，通过将PMD设定为触发选择模式能够从2个PMD通道中借助6种触发信号开始进行转换。也就是说各种A/D转换器能够从PMD通道0中接收PMD0TRG05的信号以及从PMD通道1中接收PMD1TRG05的信号共计12个触发信号。PMD触发的转换设定可以通过对各个触发进行不同的转换设定（称之为程序）来进行A/D转换。详细

46、情况请参阅技术资料AD转换器章节中的3电阻、单电阻和2传感器等4种连接样例和初始设定篇中的内容。（1）转换开始触发的设定：ADxPSELp(p=011)利用每个AD转换单元所对应的12个程序选择寄存器ADxPSELp(p=011)可以设定转换设定程序的编号，这些转换设定程序将在处于允许/禁止切换状态和允许状态下针对不同的触发类别对来自PMD0的6个信号和来自PMD1的6个信号共计12个信号进行设定。根据PMDSpm(p=011,m=02)的3个控制位，转换设定程序可以从6种ADxPSETn(n=05)中进行选择。参照表3-4。表 3-4 转换开始触发与设定寄存器的关系PMD转换开始触发信号PM

47、D触发程序选择寄存器寄存器名称触发允许位名称(1位)程序编号选择位名称(3位)PMD0TRG0ADxPSEL0PMD0TRG1ADxPSEL1PMD0TRG2ADxPSEL2PMD0TRG3ADxPSEL3PMD0TRG4ADxPSEL4PMD0TRG5ADxPSEL5PMD1TRG0ADxPSEL6PMD1TRG1ADxPSEL7PMD1TRG2ADxPSEL8PMD1TRG3ADxPSEL9PMD1TRG4ADxPSEL10PMD1TRG5ADxPSEL11备注：=ADC单元名称（A或B），m=02（2）转换程序的设定PMD触发用的转换程序设定可以如表3-5所示设定为6种转换程序(ADxP

48、SET0ADxPSET5)，每个转换程序（寄存器）均有4个转换设定。因此对于1个PMD触发而言最多可以进行4次A/D转换。每种程序均可利用这些转换设定连续地进行A/D转换。采用ADxPSELp(p=011)表示的转换程序由可以将其分成4次转换设定的PMD触发用的程序设定寄存器（ADxPSETn:n=05）和对中断输出进行设定的PMD触发用的中断选择寄存器（ADxINTSn）组成。由4个转换设定所产生的转换结果被分别存储在结果寄存器ADxREG03（利用PMD触发电路完成的A/D转换不使用ADxREG411）内。表 STYLEREF 1 s 35 程序编号与设定寄存器的关系程序编号PMD触发程序

49、设定寄存器PMD触发中断选择寄存器结果保存寄存器0ADxPSET0ADxPINTS0ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG31ADxPSET1ADxPINTS1ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG32ADxPSET2ADxPINTS2ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG33ADxPSET3ADxPINTS3ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG34ADxPSET4ADxPINTS4ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG35ADxPSET5ADxPINTS5ADxREG0ADxREG1ADxREG2ADxREG3

50、备注：=ADC单元名称（A或B）以下对上述两个寄存器的内容予以说明。1）用于PMD触发的程序设定寄存器（ADxPSETn: n=05）用于PMD触发的程序设定寄存器（ADxPSETn: n=05）由允许转换程序、AIN选择和相信息组成。（参阅表3-6）允许转换ENSPnm：对允许实施各项转换设定进行设定。注)：必须至少允许一个转换设定。AIN选择AINSPnm：对转换对象的模拟输入予以指定。指定编号请参阅表3-6。相信息UVWISnm：由AINSPnm所选择的模拟输入将会把U、V、W相中的某一相通知矢量引擎。其设定如下所示。0y00：未指定、0y01：U相连接、0y10：V相连接、0y11：W

51、相连接注)：当采用单电阻方式进行电流检测时，请将之设定为0y00。 注)：当采用3电阻和2传感器方式进行电流检测时，请务必同时设定U、V、W三个种类，并请设定未连接相。表 STYLEREF 1 s 36 程序设定中4个转换设定的关系PMD触发用程序设定寄存器:ADxPSETn结果保存寄存器转换设定允许转换1位相信息2位AIN选择5位0ADxREG01ADxREG12ADxREG23ADxREG3备注：=ADC单元名称（A或B），n=程序编号（05）2）用于PMD触发的中断选择寄存器 (ADPINTSn :n=05)利用PMD触发中断选择寄存器 (ADPINTSn :n=05)的中断选择位（IN

52、TSELnm:m=0,1）中的2位对中断输出进行如下设定。中断选择（INTSELnm:m=0,1） 00：无中断 01：INTADxPDA 10：INTADxPDB 11：无中断3.2.3PMD电路（马达控制电路）3.2.3.1概述TMPM370 内置了2个PMD电路（马达控制电路）系统(PMD0、PMD1)。以下对PMD0予以说明。PMD1也具有同样的功能。PMD0由以下各个电路组成。1）脉冲宽度调制电路（PWM占空比设定）2）通电控制电路（对PWM输出及接通、关断固定输出进行控制）3）保护控制电路4）死区时间控制电路（死区时间的生成、端口输出极性(High/ Low 有效)）5）ADC触发

53、时序生成电路以下对各个电路的细节予以说明。1）脉冲宽度调制电路（PWM占空比设定）脉冲宽度调制电路生成的是三相PWM信号，它能规定操作模式并对PWM周期及占空比进行设定。相关的控制寄存器由下述部分组成。a）PMD0MDEN寄存器：允许或禁止波形的合成功能。0：禁止1：允许b）PMD0MDCR寄存器：PWM周期延长模式0：通常周期1：4倍周期端口输出模式0：输出模式01：输出模式1：占空比模式0：三相通用（只使用PMD0CMPU寄存器）1：三相独立（使用PMD0CMPU,V,W寄存器）：PWM中断时序0：PWM计数器=1时1：PWM计数器=PMD0MDPRD时：PWM中断周期00：半个周期01：

54、1个周期10：2个周期11：4个周期：PWM模式0：PWM模式0（锯齿波）1：PWM模式1（三角波）注意）当PWM模式为PWM模式1（三角波）、且当PWM中断周期为1个周期以上时， 利用可以规定究竟使PWM中断发生在PWM计数器的底端还是发生在PWM计数器的最大值处。当PWM模式为0（锯齿波）或PWM模式为1（三角波）、且PWM中断周期为半个周期时，上述规定将无意义。c）PMD0CNTSTA寄存器：PWM计数器方向标志0：处于向上计数状态1：处于向下计数状态d）PMD0MDCNT寄存器读出PWM计数器的数值e）PMD0MDPRD寄存器PWM周期的设定（计数时钟为fsys）（当PWM为三角波时，

55、PMD0MDPRD 的设定值 = fsys / PWM 频率 / 2)f）PMD0CMPU、PMD0CMPV、PMD0CMPW寄存器对U、V、W 相的占空比进行设定。（如果所设定的数值超过PMD0MDPRD值，则占空比为100%。）对通常的马达驱动（矢量控制）而言，采用的是占空比模式为三相独立、PWM模式为PWM模式1（三角波）。2）通电控制电路通电控制电路对PWM输出及接通、关断固定输出进行控制。相关的控制寄存器如下文中所述。a）PMD0MDOUT寄存器 、：对 W 相的上相 (w)和下相 (z) 的输出信号进行指定 、： 对V 相的上相 (v)和下相 (y) 的输出信号进行指定 、： 对U

56、 相的上相 (u)和下相 (x) 的输出信号进行指定 000：关断、关断 001：关断、接通 010：接通、关断 011：接通、接通 100：/PWM、PWM (/PWM 为 PWM 的反转信号) 101：接通、PWM 110：PWM、接通 111：PWM、/PWM注意：接通和关断分别为端口的输出，究竟会成为高电平还是成为低电平将取决于下文中所述的端口输出极性（高有效性、低有效性）。b）PMD0MDPOT寄存器：对PMD0MDOUT的设定传输时序进行指定。00：与写入PMD0MDOUT寄存器同时01：PWM计数器=1时10：PWM计数器=PMD0MDPRD 时11：PWM计数器=1或=PMD0

57、MDPRD 注意： 将对已被设定在 PMD0MDOUT寄存器内的数据在传输到PMD0MDOUT所附属的锁存器中的时序、也就是对已被设定在 PMD0MDOUT寄存器内的数据将成为实际有效的时序进行规定。 对通常的马达驱动（矢量控制）而言，使用的是PWM和/PWM输出信号。3）保护控制电路保护控制电路由EMG保护电路和OVV保护电路组成。当EMG信号经由端口PC6、/EMG0（如果是PMD1则为PG6、/EMG1）或经由内置比较器输入时，EMG保护电路将会中止输出。当OVV信号从端口PC7、/OVV0（如果是PMD1为PG7、/OVV1）或从ADCA单元(如果是PMD1为ADCB单元)输入时，OV

58、V保护电路将会使输出关断。CMP A/B/C参考电压CMP D参考电压EMG保护电路为紧急停止用保护电路，具有能使马达驱动输出 (u、v、w、x、y、z) 关断的功能。相关的控制寄存器有以下三种寄存器。a）PMD0EMGCR寄存器 ：允许或禁止EMG 保护0：禁止1：允许初始状态为允许状态。当需要禁止时，将禁止代码按照0 x5A至0 xA5的顺序依次写入PMD0EMGREL寄存器，然后再设定为0即可。（3个命令需要连续进行。）：从EMG状态恢复0：1：从EMG保护状态恢复：EMG输入选择0：端口输入1：内置模拟比较器输出：EMG保护模式选择00：无PWM输出控制 / PORT输出 全相High

59、-z01：全上相接通、全下相关断 / PORT 输出 下相High-z10：全上相关断、全下相接通 / PORT 输出 上相High-z11：全相关断 / PORT 输出 全相High-z接通 = PWM输出关断(无输出控制) = Low（设定为高有效性（POLL/H=1)时）当发生EMG时，EMG保护模式将使上相及下相的PWM输出接通或关断。此外在发生EMG时，EMG保护模式将对PORT输出进行控制。：允许或禁止工具中断0：禁止1：允许当与调试工具连接时，因工具而发生中断或停止时对继续允许PMD输出还是禁止PMD输出进行选择。在初始状态时，处于允许状态。：EMG输入检测时间015（设定为0时

60、会绕开噪声滤波器）EMGCNT16/fsys (分辨率200nsec 80MHz )b） PMD0EMGSTA寄存器 ：EMGI输入状态0：EMGI=01：EMGI=1 ：EMG状态标志0：正常工作1：处于EMG保护中c）PMD0EMGREL寄存器通过写入禁止代码(0 x 5a、0 x a5)可禁止EMG保护功能OVV保护电路是一个从端口PC7,/OVV0（如果是PMD1为PG7,/OVV1）或ADCA单元(如果是PMD1为ADCB单元)接收到在一定时间(利用OVV计数器设定)内的输入信号（HL）、并在通电控制部位将6个端口的输出固定在High或Low 的保护电路，它具有3个相关寄存器。而且在