數(shù)字集成電路需要注意的十個(gè)要點(diǎn)：并非所有 PWM 都生而平等

我們需要了解數(shù)字控制的另一個(gè)非常重要的方面;這就是 PWM 過(guò)程。正如 ADC 是模擬世界和數(shù)字世界之間的紐帶一樣，PWM 模塊將同樣的功能帶回模擬世界?？紤]到它對(duì)您的控制回路性能的戰(zhàn)略貢獻(xiàn)，我們花一些時(shí)間討論它是很合適的。

請(qǐng)記住……并非所有 PWM 都生而平等!

在高頻載波上調(diào)制控制信號(hào)的概念似乎很簡(jiǎn)單。但作為設(shè)計(jì)過(guò)多種不同 PWM 模塊的人，我可以證明一個(gè)事實(shí)，即有許多細(xì)微之處可以成就或破壞您的控制系統(tǒng)的性能。我記得在我職業(yè)生涯的早期，有人要求我評(píng)估用于電機(jī)控制市場(chǎng)的處理器。它的一切都很棒，除了……PWM 模塊中缺少一項(xiàng)功能，這扼殺了它在電機(jī)控制方面的前景。PWM 模塊和 ADC 轉(zhuǎn)換器之間的單個(gè)觸發(fā)信號(hào)，因?yàn)樗淮嬖?，所以一切都不同?

在為您的數(shù)字控制應(yīng)用選擇 PWM 模塊時(shí)，您可能首先要檢查以下幾個(gè)特性：

一種。 脈寬調(diào)制分辨率。正如分辨率對(duì) ADC 很重要一樣，它對(duì) PWM 信號(hào)也很重要。我曾經(jīng)使用只有 8 位 PWM 分辨率的處理器設(shè)計(jì)了一個(gè)伺服系統(tǒng)，并立即遇到了位置抖動(dòng)問(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)使用數(shù)字計(jì)數(shù)器生成載波的 PWM 模塊，您最終會(huì)犧牲最大 PWM 頻率來(lái)?yè)Q取分辨率，這取決于您的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率。對(duì)于數(shù)字電源應(yīng)用，這確實(shí)是一個(gè)大問(wèn)題。這就是為什么 TI 的許多 Piccolo TM系列上的 PWM 模塊都具有允許 150 pS 分辨率的高分辨率模式!(沒(méi)錯(cuò)……皮秒中的“p”!)

b. 死區(qū)時(shí)間。大多數(shù)設(shè)計(jì)用于數(shù)字控制的 PWM 模塊都能夠直接驅(qū)動(dòng)圖騰柱配置中的頂部和底部晶體管。這意味著每對(duì) PWM 輸出都包含一個(gè)可編程死區(qū)時(shí)間，該死區(qū)時(shí)間插入一個(gè) PWM 信號(hào)的關(guān)閉和互補(bǔ) PWM 信號(hào)的開(kāi)啟之間。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，所有晶體管的單個(gè)死區(qū)時(shí)間值就足夠了。但在更高級(jí)的 PWM 模塊中，每個(gè)互補(bǔ)的 PWM 對(duì)都可以有自己的死區(qū)時(shí)間值，在某些情況下，頂部和底部晶體管的死區(qū)時(shí)間甚至不同。

C。 PWM通道對(duì)齊。這是一個(gè)太大的話題，無(wú)法在這里涵蓋所有內(nèi)容，但足以說(shuō)明您的 PWM 信號(hào)如何逐相對(duì)齊(例如，中心對(duì)齊、邊緣對(duì)齊、不對(duì)稱對(duì)齊)對(duì)電機(jī)看到的 PWM 信號(hào)的諧波含量。確保您選擇的 PWM 模塊可以生成對(duì)齊模式，從而為您的應(yīng)用提供最佳性能。

d. 脈寬調(diào)制更新率. 大多數(shù) PWM 模塊都有雙緩沖 PWM 值寄存器，這意味著來(lái)自軟件的 PWM 值被加載到一組外部寄存器，然后該數(shù)據(jù)在 PWM 周期開(kāi)始時(shí)被傳輸?shù)交顒?dòng) PWM 寄存器。然而，許多工程師沒(méi)有記住的是，這會(huì)增加控制系統(tǒng)的相位延遲，并且在系統(tǒng)的任何穩(wěn)定性分析中都必須考慮。當(dāng)數(shù)據(jù)位于這些外部寄存器中時(shí)，它會(huì)變得陳舊。許多 PWM 模塊(例如我們的 Piccolo 系列處理器中的模塊)能夠在每個(gè) PWM 周期內(nèi)更新兩次。這不僅稍微提高了您的相位裕度，而且還允許您的系統(tǒng)采樣頻率實(shí)際上是 PWM 頻率的兩倍。這對(duì)于空間矢量調(diào)制 (SVM) 系統(tǒng)也是一個(gè)非常有用的功能，

e. ADC觸發(fā)。如本系列第 2 部分所述，PWM 模塊和 ADC 模塊必須緊密相連，以消除 ADC 輸入樣本中的 PWM 諧波。如該博客中所示，您希望在 ON 和 OFF 脈沖的中心點(diǎn)對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行采樣以實(shí)現(xiàn)此目的。理想情況下，這一點(diǎn)發(fā)生在數(shù)字計(jì)數(shù)器達(dá)到其最大和最小計(jì)數(shù)值時(shí)(編程為向上/向下操作)，這就是為什么許多 PWM 模塊會(huì)在這些時(shí)刻生成觸發(fā)信號(hào)以與 ADC 一起使用。但是，根據(jù)死區(qū)時(shí)間的實(shí)現(xiàn)方式，這可能會(huì)稍微延遲脈沖的中心。結(jié)果，一些先進(jìn)的 PWM 模塊(再一次，像 Piccolo 上的那個(gè) :-)) 可以利用任何未使用的 PWM 通道來(lái)生成 ADC 觸發(fā)脈沖。這允許在 PWM 周期內(nèi)的任何地方觸發(fā) ADC。

F。 故障處理。在許多電機(jī)控制應(yīng)用中，安全要求規(guī)定必須能夠在檢測(cè)到問(wèn)題時(shí)通過(guò)硬件使您的 PWM 離線。為此，設(shè)計(jì)用于數(shù)字控制的 PWM 模塊通常包含一個(gè)或多個(gè)硬件故障輸入。在許多高級(jí) PWM 模塊上，故障信號(hào)可由板載模擬比較器提供，該比較器可直接監(jiān)控硬件信號(hào)的電平，并在信號(hào)高于或低于軟件指定的電壓電平時(shí)自動(dòng)生成故障。Piccolo 2803x 處理器上的 PWM 包含三個(gè)板載模擬比較器，可用于此目的。

您還需要檢查其他功能，但這些是需要重點(diǎn)關(guān)注的主要功能。準(zhǔn)備好熟悉您在數(shù)字控制設(shè)計(jì)中使用的任何處理器的 PWM 模塊。

TI 絕對(duì)不會(huì)出錯(cuò)!

現(xiàn)在，在你把整個(gè)系列寫成一個(gè)巨大的推銷之前，請(qǐng)考慮一下我要在這里說(shuō)的話，因?yàn)槿绻也煌耆嘈?，我不?huì)說(shuō)出來(lái)!在上個(gè)世紀(jì)中葉，有一句話叫“你永遠(yuǎn)不會(huì)因?yàn)樵? IBM 計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)而被解雇”。作為一名為掃描電子顯微鏡的六軸控制器評(píng)估 DSP 的年輕工程師，我仍然記得我的老板告訴我關(guān)于 TI 的同樣事情!……他是對(duì)的!德州儀器 (TI) 在電機(jī)控制領(lǐng)域擁有悠久的創(chuàng)新和早期開(kāi)拓歷史。我們今天在電機(jī)控制行業(yè)中認(rèn)為理所當(dāng)然的許多功能都是由 TI 開(kāi)發(fā)和推出的。創(chuàng)新仍在繼續(xù)。在 TI，電機(jī)控制不僅僅是我們所做的事情，它是我們的一部分!我們目前正在電機(jī)控制處理器的新硬件功能以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的令人難以置信的新算法方面取得突破。