簡(jiǎn)介：本文針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出了以ATMEGA16作為CPU，并利用該單片機(jī)硬件和軟件上的優(yōu)點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)處理速度,簡(jiǎn)化外圍電路和提高性價(jià)比的設(shè)計(jì)方法。
1 引言
目前，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。為此，國(guó)家科技部啟動(dòng)了“863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”，而開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor，簡(jiǎn)稱SRM)以其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被作為未來(lái)電動(dòng)汽車的理想驅(qū)動(dòng)電機(jī)之一。開關(guān)磁阻電機(jī)是一種必須在控制器協(xié)調(diào)控制下才能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的電機(jī)，因而控制器性能的好壞直接影響電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。以往控制系統(tǒng)所采用的CPU主要有三種類型：一是采用51系列8位單片機(jī)，這種處理器處理速度相對(duì)緩慢，功能簡(jiǎn)單，外圍電路比較復(fù)雜。二是采用196系列16位單片機(jī)，這種處理器處理速度比較快，但由于內(nèi)部外設(shè)模塊不夠豐富，因而外圍電路仍相對(duì)復(fù)雜。三是采用240系列DSP，這種處理器處理速度快，內(nèi)部外設(shè)模塊豐富，但芯片價(jià)格昂貴，所以不能得到較廣泛的應(yīng)用。本文選用Atmel公司出品的 ATMEGA16作為CPU來(lái)控制開關(guān)磁阻電機(jī)，大大提高了性價(jià)比。
圖1：四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理
2 AVR系列單片機(jī)
AVR 單片機(jī)是目前最新的單片機(jī)系列之一，具有速度高、片內(nèi)硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，可作為真正意義上的單片機(jī)使用。它的最大特點(diǎn)是低功耗和高速度，其掉電方式、閑置方式至工作方式下的耗電約為1μA～2.5μA。該系列單片機(jī)采用現(xiàn)代微處理器流水管線預(yù)取指令技術(shù)，淘汰了機(jī)器周期的概念。它以時(shí)鐘周期為指令執(zhí)行的基本時(shí)間單位，每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行一條指令。時(shí)鐘頻率通常采用4MHz～8MHz，故最短的指令執(zhí)行時(shí)間為250ns～25ns。在12MHz頻率下，指令的吞吐量為12MIPS，這是一般MCS-51單片機(jī)速度的12倍。AVR系列片內(nèi)含有模擬比較器，與輸入捕捉功能配合可進(jìn)行多種模擬控制和轉(zhuǎn)換。它借鑒了某些機(jī)型的高速輸入輸出HSIO和可編程計(jì)數(shù)陣列PCA的概念，實(shí)現(xiàn)了本身的輸入捕捉、輸出比較和脈沖寬度調(diào)制輸出功能，從而成為脈沖信號(hào)測(cè)量、開關(guān)量按時(shí)控制及某些直流馬達(dá)調(diào)速的得力工具。在軟件開發(fā)方面，AVR單片機(jī)內(nèi)含容量不等的閃速程序存儲(chǔ)器(Flash Memory,簡(jiǎn)稱Flash)，可反復(fù)擦寫至少1000次，極大地方便了產(chǎn)品開發(fā)和軟件修改。Flash存儲(chǔ)器中的程序可由PC機(jī)串行下載，亦可在通用寫入器上以并行方式寫入。
3 開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理
所謂磁阻電機(jī)是指電機(jī)各磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置而改變，因而電機(jī)的磁場(chǎng)能量也將隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，并將磁能變換成機(jī)械能。這種結(jié)構(gòu)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相似，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行亦遵循“磁阻最小原理”，即磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的主軸線重合。圖1為四相開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)定子D-D‘極勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的磁力會(huì)力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線1-1’與定子極軸線D-D’重合的位置，并使D相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖1中定、轉(zhuǎn)子所對(duì)的位置作為起始位置，然后依次給D-A-B-C相繞組通電，轉(zhuǎn)子會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn);反之，若依次給B-A-D-C相通電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿順時(shí)針?lè)绞睫D(zhuǎn)動(dòng)。可見，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。
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史海拾趣
對(duì)于單級(jí)PFC電路，網(wǎng)友可能還會(huì)有多種問(wèn)題，以下是一些常見問(wèn)題及其回答：
一、技術(shù)原理與特性
- 單級(jí)PFC電路的基本工作原理是什么？
- 回答：?jiǎn)渭?jí)PFC電路通過(guò)共用一個(gè)開關(guān)管和一套PWM控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正（PFC）和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它通常由升壓型PFC級(jí)和DC-DC變換器組合而成，兩部分電路共用一個(gè)開關(guān)，通過(guò)控制開關(guān)的通斷，電路同時(shí)完成對(duì)AC輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。
- 單級(jí)PFC電路相比兩級(jí)PFC電路有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？
- 回答：優(yōu)點(diǎn)包括電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、效率較高（在某些設(shè)計(jì)下）。缺點(diǎn)則在于PFC和對(duì)輸入電流諧波抑制的效果可能不如兩級(jí)PFC電路，且在某些應(yīng)用中可能面臨安規(guī)問(wèn)題。
二、設(shè)計(jì)與應(yīng)用
- 如何設(shè)計(jì)單級(jí)PFC電路以滿足特定的功率因數(shù)要求？
- 回答：設(shè)計(jì)單級(jí)PFC電路以滿足特定功率因數(shù)要求時(shí)，需要考慮電感的選擇、開關(guān)管的選型、控制電路的設(shè)計(jì)以及反饋機(jī)制等因素。通過(guò)精確控制開關(guān)管的通斷時(shí)間和占空比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形，從而改善功率因數(shù)。此外，還可以采用有源鉗位和軟開關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高效率并降低開關(guān)損耗。
- 單級(jí)PFC電路在哪些應(yīng)用場(chǎng)景中較為常見？
- 回答：?jiǎn)渭?jí)PFC電路因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低而廣泛應(yīng)用于各種需要功率因數(shù)校正的電子設(shè)備中，如LED驅(qū)動(dòng)電源、電源適配器、開關(guān)電源等。特別是在對(duì)成本有一定要求的場(chǎng)合，單級(jí)PFC電路更具競(jìng)爭(zhēng)力。
三、故障與調(diào)試
- 單級(jí)PFC電路在調(diào)試過(guò)程中可能會(huì)遇到哪些常見問(wèn)題？
- 回答：在調(diào)試單級(jí)PFC電路時(shí)，可能會(huì)遇到次級(jí)去電流檢測(cè)電阻過(guò)大、光耦供電電阻過(guò)大、比較器電流反饋電容過(guò)大等問(wèn)題。這些問(wèn)題可能導(dǎo)致PFC電路無(wú)法正常工作或性能下降。解決方法包括調(diào)整相關(guān)電阻和電容的數(shù)值、檢查電路連接是否正確、更換損壞的元件等。
- 如何診斷和解決單級(jí)PFC電路中的故障？
- 回答：診斷和解決單級(jí)PFC電路中的故障時(shí)，首先需要檢查電路中的保險(xiǎn)絲是否熔斷、MOS管是否損壞或過(guò)熱、反饋控制元件是否失效以及負(fù)載是否存在故障等。通過(guò)逐一排查這些可能的問(wèn)題點(diǎn)，可以定位故障原因并采取相應(yīng)的修復(fù)措施。在檢修過(guò)程中，需要注意安全操作規(guī)范，避免觸碰高壓部位并斷開電源。
四、性能優(yōu)化
- 如何優(yōu)化單級(jí)PFC電路的性能？
- 回答：優(yōu)化單級(jí)PFC電路的性能可以從多個(gè)方面入手，包括優(yōu)化電感的設(shè)計(jì)以減小損耗、選擇合適的開關(guān)管和二極管以降低導(dǎo)通壓降和反向恢復(fù)時(shí)間、改進(jìn)控制算法以提高控制精度和響應(yīng)速度等。此外，還可以采用有源鉗位和軟開關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)一步降低開關(guān)損耗并提高整體效率。
- 單級(jí)PFC電路的效率如何提升？
- 回答：提升單級(jí)PFC電路的效率可以通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)，包括優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、選用高效率的開關(guān)管和二極管、降低電路中的寄生參數(shù)和損耗、采用先進(jìn)的控制算法等。此外，合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)以確保開關(guān)管和其他關(guān)鍵元件在正常工作溫度下運(yùn)行也是提高效率的重要手段之一。
ANSHAN公司成立于上世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)正值電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展期。創(chuàng)始人李先生憑借對(duì)電子技術(shù)的深厚理解和敏銳的市場(chǎng)洞察力，決定投身于這個(gè)充滿機(jī)遇的領(lǐng)域。初創(chuàng)時(shí)期的ANSHAN面臨資金短缺、人才匱乏和技術(shù)壁壘等多重挑戰(zhàn)。然而，李先生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)日夜兼程，不斷研發(fā)新產(chǎn)品，拓展市場(chǎng)渠道。他們堅(jiān)持自主創(chuàng)新，不斷攻克技術(shù)難題，逐漸在電子行業(yè)中嶄露頭角。
為了更好地服務(wù)客戶和市場(chǎng)，格瑞寶在深圳、南京等地設(shè)立了分公司等派出機(jī)構(gòu)。這些分公司的設(shè)立不僅加強(qiáng)了公司在華南、華東等地區(qū)的業(yè)務(wù)覆蓋能力，也提高了公司的市場(chǎng)響應(yīng)速度和客戶服務(wù)水平。通過(guò)區(qū)域布局的優(yōu)化，格瑞寶能夠更加靈活地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，抓住發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)更快速的發(fā)展。
近年來(lái)，DRS在紅外探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。公司在12μm像元尺寸非制冷紅外探測(cè)器技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功研制出10μm像元尺寸的產(chǎn)品。這一技術(shù)的突破不僅展示了DRS在紅外探測(cè)領(lǐng)域的實(shí)力，也為其在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提供了有力的技術(shù)支撐。
國(guó)博電子在軍用領(lǐng)域同樣占據(jù)重要地位。作為參與國(guó)防重點(diǎn)工程的重要單位，公司為陸、海、空、天等各型裝備配套了大量的關(guān)鍵產(chǎn)品，確保了以有源相控陣T/R組件為代表的關(guān)鍵軍用元器件的國(guó)產(chǎn)化自主保障。通過(guò)軍民融合的發(fā)展模式，國(guó)博電子不僅為國(guó)防建設(shè)提供了有力支持，也促進(jìn)了自身技術(shù)的不斷升級(jí)和產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化。
國(guó)博電子的前身可以追溯到2000年成立的上海華信集成電路有限公司，起初專注于射頻芯片的研發(fā)與生產(chǎn)。隨著技術(shù)的積累和市場(chǎng)的拓展，公司逐步從單一的射頻芯片企業(yè)成長(zhǎng)為覆蓋射頻芯片、模塊、組件的完整產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。這一跨越不僅體現(xiàn)了公司在技術(shù)上的深厚積累，也反映了其對(duì)市場(chǎng)需求的敏銳洞察和快速響應(yīng)能力。通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，國(guó)博電子成功在無(wú)線通信、移動(dòng)通信等領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。
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