用于三相同步電機(jī)驅(qū)動控制的數(shù)字分頻移相技術(shù)

　　摘要：本文介紹了一種用于三相同步電機(jī)驅(qū)動控制的數(shù)字分頻移相技術(shù)，通過分頻移相把512kHz方波信號轉(zhuǎn)換為三路1kHz且相位依次差120°的方波信號，從電路功能、指標(biāo)要求、電路原理和設(shè)計(jì)技術(shù)分析等方面進(jìn)行了闡述，并進(jìn)行了仿真，且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。

　　關(guān)鍵詞：三相;同步電機(jī);驅(qū)動控制;分頻;移相

　　1 引言

　　電機(jī)在當(dāng)今世界中的應(yīng)用非常廣泛，甚至可以說有運(yùn)動的地方就可能有電機(jī)的存在,三相同步電機(jī)就是其中的一部分，作為電機(jī)系統(tǒng)的靈魂，控制技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)將起到越來越重要的作用。

　　三相同步電機(jī)對三路控制驅(qū)動信號的頻率和相位差精度要求較高，本文介紹了一種分頻移相電路，輸入512kHz方波信號，輸出為三路1kHz且相位依次差120°的方波控制信號，要求三路控制信號的頻率精度1±5×10-7kHz，相位差滿足120°±0.6°，本文結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求給出了分頻移相的技術(shù)方案，并對技術(shù)方案進(jìn)行分析和仿真，最終仿真計(jì)算和實(shí)際電路測試指標(biāo)都滿足要求。

　　2 設(shè)計(jì)原理概述

　　首先將輸入方波信號經(jīng)過分頻和邏輯處理，按脈沖數(shù)計(jì)算得到了偽384kHz的方波信號，再經(jīng)過分頻器64分頻得到偽6kHz的方波信號，然后經(jīng)過移位寄存器進(jìn)行移相和分頻得到三路1kHz且相位相差120°的方波信號。

　　分頻移相電路用于對功率驅(qū)動的控制，主要指標(biāo)為分頻的頻率精度和移相的相位差精度。采用的是分立數(shù)字電路芯片設(shè)計(jì)，分頻移相的關(guān)鍵就是在初始分頻時要把周期分的足夠小，以保證移相的精度，同時在移相時要分析數(shù)字電路運(yùn)行的穩(wěn)定性。

　　3 電路的設(shè)計(jì)

　　3.1 4/3分頻

　　電路先由512kHz的方波信號經(jīng)過分頻得到256kHz、128kHz兩種頻率的信號，這兩信號與512kHz方波信號一起按如圖2所示進(jìn)行邏輯處理。仿真波形如圖3所示，嚴(yán)格意義上進(jìn)行了4分頻得到128kHz信號，按脈沖數(shù)計(jì)算進(jìn)行4/3分頻得到了偽384kHz的方波信號。以512kHz的周期(1.953125us)為一個時鐘T，則3個方波間隔時間為1.1T、1.5T、1.4T。

　　3.2 64分頻

　　把這種偽384kHz(實(shí)際128kHz)的方波信號再通過分頻器進(jìn)行64分頻，得到了偽6kHz(實(shí)際2kHz)的方波信號，即連續(xù)三個方波間隔時間不同，分別為166.22us、166.99us、166.78us，以512kHz的周期(1.953125us)為一個時鐘T，則三個方波間隔時間分別為85.1T、85.5T、85.4T。

　　3.3 分頻移相

　　把偽6kHz(實(shí)際2kHz)的方波信號作為移位寄存器N6的時鐘觸發(fā)信號。以移位寄存器的初始輸出狀態(tài)全為零。取Q0 、Q2 、Q4為三路輸出的控制信號，6個觸發(fā)時鐘為1個周期，則其輸出控制信號的周期時間為85.1T+85.5T+85.4T+85.1T+85.5T+85.4T =512T，頻率為512kHz/512=1kHz,三個控制信號的時間差分別為85.1T+85.5T=170.6T，85.4T+85.1T=170.5T，85.5T+85.4T=170.9T，其相位差分別為170.6T/512T×360°=119.953°, 170.5T/512T×360°=119.882°, 170.9T/512T×360°=120.164°, 相位差滿足120°±0.6°的指標(biāo)要求。

　　分頻移相電路包含了糾錯電路，即邏輯判斷電路，反饋信號為移位寄存器N6的Q0 Q1 Q2，Q3 Q4是通過Q2移位過來的，所以分頻移相電路主要分析Q0 Q1 Q2的運(yùn)行情況，Q0 Q1 Q2共有6種狀態(tài)000、100、110、111、011、001，并按這6種狀態(tài)進(jìn)行周期循環(huán)。

　　按照排列組合這3個狀態(tài)點(diǎn)共有8種狀態(tài)，還有010、101兩種狀態(tài)未出現(xiàn)在周期循環(huán)中。在電路產(chǎn)品使用過程中，特別是在剛開始上電，或出現(xiàn)干擾時可能會出現(xiàn)010、101兩種狀態(tài)，當(dāng)Q0 Q1 Q2在6種狀態(tài)000、100、110、111、011、001循環(huán)時，D取Q2的反相狀態(tài)值，而當(dāng)Q0 Q1 Q2出現(xiàn)010、101兩種狀態(tài)時，D取Q2的原狀態(tài)值。

　　4 仿真結(jié)果與測試結(jié)果

　　通過仿真計(jì)算，輸出信號的頻率是對輸入信號進(jìn)行512分頻后的頻率，所以輸出信號的頻率精度與輸入信號頻率基本一致，三路輸出信號的相位差通過前面的計(jì)算分別為170.6T/512T×360°=119.953°, 170.5T/512T×360°=119.882°, 170.9T/512T×360°=120.164°。

　　產(chǎn)品實(shí)際測量結(jié)果為：輸入信號精度為1±5×10-8kHz時，輸出信號精度也能保證在1±5×10-8kHz，三路輸出信號的相位差精度在120°±0.3°。

　　機(jī)電工程論文投稿刊物：《電機(jī)技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，由上海市電機(jī)技術(shù)研究所主辦。是一本面向全國公開發(fā)行的以“電機(jī)應(yīng)用技術(shù)”為主的綜合性刊物。它以實(shí)用豐富的內(nèi)容，及時廣泛的信息，成為各大電機(jī)廠管理人員、中、高級工程師、各大院校導(dǎo)師和學(xué)生的忠實(shí)朋友，深受廣大讀者朋友的歡迎，已成為一個大型的信息交流，資源共享的平臺。

　　5 結(jié)論

　　三相同步電機(jī)控制驅(qū)動電路由分頻移相電路和功率驅(qū)動電路組成，為系統(tǒng)提供三路1kHz且相位相互差120°的方波驅(qū)動信號，本文主要論述了其中的分頻移相電路，對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了分析和仿真，并給出了仿真計(jì)算和實(shí)際測量結(jié)果，為同類電路的設(shè)計(jì)提供了參考，具有一定的實(shí)用性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王毓銀.脈沖與數(shù)字電路(第二版).高等教育出版社.1992.

　　[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教程.清華大學(xué)出版社.2007.

　　[3]CMOS數(shù)字集成電路產(chǎn)品手冊.電子工業(yè)部國營第八七八廠.1984.

　　作者簡介：周向紅，莊永河，衛(wèi)青松，李倚天

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