设计高性能和低功耗的电机控制系统

rke和Park变换可被可视化为彼此的矢量投影，如图2所示。Park变换会产生通量分量Id和转矩分量Iq。永磁电机的电机转矩仅取决于转矩分量Iq。因此，最便捷的控制策略即是将通量分量(Id)设置为零，这将最大限度地减少转矩电流比并提高电机效率。电流分量的控制需要具备有关瞬时转子位置的知识。转子位置既可使用无传感器技术计算，也可使用传感器测量。由于Park变换的输出位于固定域中，因此可使用PID回路等传统技术进行控制。然后可将PID回路的输出输入到逆向Park、逆向Clarke中，然后直接输入到电机驱动器。

图3所示为完整的FOC电机控制系统，该系统使用无传感器技术以获取转子位置。三相逆变器的ADCINx和ADCINy输出是三个相电流之二；第三种很容易计算。如上所述，相电流从此处输入Parke和Clarke变换中。此无传感器系统根据三相电流的反馈使用“SMOPOS”和“SMOSPD”计算转子位置，消除了使用昂贵传感器的需求。

图3.适用于永磁电机的完整磁场定向控制系统。

FOC是一种针对使用永磁(PM)电机的系统而设计的重要技术。PM电机在白色家电中的普及度日益增加，它们具备更高的功率密度且不易磨损，因此效率非常高。

开发人员仅需提供几个矢量和旋转方向就可实现输出的实时信号更新。FOC等先进的控制机制是提高性能但不增加成本的重要技术。Piccolo架构大幅简化了对称PWM波形的生成。利用Piccolo MCU，开发者可以轻松引入更改精确的控制，同时仍然为PFC留出足够余量。事实上，TI是第一个以2–6美元的价格点在单芯片上同时支持PFC和FOC功能的公司。

功率因数校正

FC可确保电流波形遵循电压波形，不论负载或输入条件出现任何变化，它都能将输出直流电压调节为常量。当以有源数字方式执行PFC时，PFC能更加精确，并能消除电压和电流之间的所有相移。减少谐波电流含量非常具有吸引力，因为它表示已抽运且未使用的无功功率。功率因数的重要性在于这一事实：公用事业公司向客户提供伏安，却以瓦特计费。低于1.0的功率因数要求公用事业公司生产的伏安数大于提供实际功率（瓦特）所必需的最小伏安数。

此外，PFC还用于平缓功耗和调节输出电压。例如，当冰箱中的压缩机开启时，它会在电力网中产生巨大的负载，通常表现为压降。这类功率峰值和谐波会损害脆弱的电子系统。当系统达到峰值时，如果没有PFC，它们倾向于抽运未消耗的功率，因而会降低总效率。此外，即使是在动态负载下，PFC也能让直流总线电压保持稳定。

PFC对动力传动链下游也有进一步影响。由于电力公司需要生成更大的功率电容以适应峰值，因此，行业鼓励电子产品制造商采用PFC等技术来平缓功耗。在某些情况下，必须采用PFC - IEC 60730要求欧洲市场出售的白色家电中必须采用PFC。

PFC的模拟或无源实施被锁定为单个模式，对操作条件变化的反应能力有限。相反，有源或数字控制的PFC能作用于并适应操作条件的变化。例如，当空调即将打开压缩机时，PFC能在瞬时中断时主动补偿较大的负载。这不仅能减少生成的瞬态数量，还能使功率使用更为高效。数字PFC的灵活性也使开发人员可使用可能比PFC无源实施更复杂的PFC拓扑。

不可小觑高分辨率PWM和A/D转换器对有效PFC的重要性。维持模拟和数字域交汇处的信号完整性极其重要，因为这些交界处出现的任何错误都会降低性能。

多个电机的控制

许多系统都使用多个电机。例如，HVAC系统需要管理一台压缩机和一台风扇。大多数实施要求每个电机和其他电机使用独立的控制器以实施PFC。

C2000 Piccolo MCU是第一种能够使用单芯片通过PFC管理两个电机的控制器。许多MCU没有为控制多个电机及执行主动PFC所需的计算能力或集成外设。例如，控制电机可能需要工作频率高达20KHz的控制回路。另一方面，PFC需要约为50至100KHz的工作频率。为了可靠地执行此类高频控制算法 - 这种情况下为两个控制电机和一个管理PFC - MCU必须能够在几乎无延迟的情况下迅速有效地处理计算。

控制多个电机的能力不仅可以降低系统成本，还可以提高总功率效率和性能。对于操作双电机的应用，两个电机都受相同MCU的控制，这一事实能够让控制器协调一台电机相对于另一台电机而言的加速速度。此外，由于两个电机都抽运相同的电流源，也可以对PFC实施进行协调以取得更佳结果。

无传感器控制

另一个潜在成本节约方面在于无传感器反溃可使用建模技术来精确地确定电机位置或速度，而非使用速度和/或位置传感器。要控制PM无刷直流电机，位置和速度信息至关重要。在当今许多系统中，传感器都用于收集此数据，将此作为控制算法的输入。但是，从规模、成本、维