用于三相同步電機驅動控制的數字分頻移相技術

　　摘要：本文介紹了一種用于三相同步電機驅動控制的數字分頻移相技術，通過分頻移相把512kHz方波信號轉換為三路1kHz且相位依次差120°的方波信號，從電路功能、指標要求、電路原理和設計技術分析等方面進行了闡述，并進行了仿真，且實現了產品化。

　　關鍵詞：三相;同步電機;驅動控制;分頻;移相

　　1 引言

　　電機在當今世界中的應用非常廣泛，甚至可以說有運動的地方就可能有電機的存在,三相同步電機就是其中的一部分，作為電機系統的靈魂，控制技術和驅動技術將起到越來越重要的作用。

　　三相同步電機對三路控制驅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°，本文結合設計指標要求給出了分頻移相的技術方案，并對技術方案進行分析和仿真，最終仿真計算和實際電路測試指標都滿足要求。

　　2 設計原理概述

　　首先將輸入方波信號經過分頻和邏輯處理，按脈沖數計算得到了偽384kHz的方波信號，再經過分頻器64分頻得到偽6kHz的方波信號，然后經過移位寄存器進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動的控制，主要指標為分頻的頻率精度和移相的相位差精度。采用的是分立數字電路芯片設計，分頻移相的關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字電路運行的穩(wěn)定性。

　　3 電路的設計

　　3.1 4/3分頻

　　電路先由512kHz的方波信號經過分頻得到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所示進行邏輯處理。仿真波形如圖3所示，嚴格意義上進行了4分頻得到128kHz信號，按脈沖數計算進行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(實際128kHz)的方波信號再通過分頻器進行64分頻，得到了偽6kHz(實際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)進行周期循環(huán)。

　　按照排列組合這3個狀態(tài)點共有8種狀態(tài)，還有010、101兩種狀態(tài)未出現在周期循環(huán)中。在電路產品使用過程中，特別是在剛開始上電，或出現干擾時可能會出現010、101兩種狀態(tài)，當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Q0 Q1 Q2出現010、101兩種狀態(tài)時，D取Q2的原狀態(tài)值。

　　4 仿真結果與測試結果

　　通過仿真計算，輸出信號的頻率是對輸入信號進行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算分別為170.6T/512T×360°=119.953°, 170.5T/512T×360°=119.882°, 170.9T/512T×360°=120.164°。

　　產品實際測量結果為：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°。

　　機電工程論文投稿刊物：《電機技術》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，由上海市電機技術研究所主辦。是一本面向全國公開發(fā)行的以“電機應用技術”為主的綜合性刊物。它以實用豐富的內容，及時廣泛的信息，成為各大電機廠管理人員、中、高級工程師、各大院校導師和學生的忠實朋友，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 結論

　　三相同步電機控制驅動電路由分頻移相電路和功率驅動電路組成，為系統提供三路1kHz且相位相互差120°的方波驅動信號，本文主要論述了其中的分頻移相電路，對設計電路進行了分析和仿真，并給出了仿真計算和實際測量結果，為同類電路的設計提供了參考，具有一定的實用性。

　　參考文獻：

　　[1]王毓銀.脈沖與數字電路(第二版).高等教育出版社.1992.

　　[2]閻石.數字電子技術基礎教程.清華大學出版社.2007.

　　[3]CMOS數字集成電路產品手冊.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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