使用高分辨率pwm產(chǎn)生器的行波電動機預驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 所揭示實施例設及用于包含超聲波電動機的行波電動機的電動機預驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[000引超聲波電動機扣SM)是具有在高于可聽頻帶（約20kHz)的超聲波范圍內(nèi)操作的 壓電（例如，錯鐵酸鉛（PZT))致動器使得其安靜地移動到人體的電動機。具有兩個分區(qū)的 單個壓電條帶在底部上接合到定子。所述兩個分區(qū)W四分之一波長在空間上分離且通過90 度異相的信號激發(fā)。施加于定子與轉(zhuǎn)子之間的預負載經(jīng)由摩擦禪合將高頻率低振幅振動轉(zhuǎn) 換為單向運動。為了放大運動，PZT或其它壓電元件通常激發(fā)USM的系統(tǒng)諧振。
[0003] USM通常包含在高于可聽頻帶的頻率下供應正交的兩個高電壓波形的驅(qū)動器。此 頻率通常W非常精細步長在正好高于串聯(lián)諧振頻率的窄范圍內(nèi)調(diào)整。舉例來說，一個特定 USM可具有在其應用中需要甜Z或更好的頻率分辨率（Af)的61. 6KHZ的串聯(lián)諧振頻率。 此翻譯成約0. 08%的頻率步長。需要將電動機的頻率調(diào)整為正好高于串聯(lián)諧振頻率是因為 USM扭矩在W高于串聯(lián)諧振頻率操作時已知比在W低于所述諧振頻率操作時更平穩(wěn)且更線 性地變化，在W低于所述諧振頻率操作的情況下其急劇下降使得為了W低于所述諧振頻率 控制USM，將需要甚至更多頻率分辨率。
[0004] 此所需頻率分辨率（Af)給使用除WN時鐘電路發(fā)展其PWM輸出頻率的常規(guī)脈沖 寬度調(diào)制（PWM)產(chǎn)生器提出問題。對于該些電路，Af由W下方程式給出：
[0005]
【主權(quán)項】
1. 一種用于控制行波電動機的電動機驅(qū)動器組合，其包括： 預驅(qū)動器，其包含： 微控制器單元MCU芯片，其包含：多個高分辨率脈沖寬度調(diào)制HRPWM產(chǎn)生器，其針對介 于5kHz與300kHz之間的脈沖寬度調(diào)制PWM載波頻率提供比十（IO)Hz好的頻率分辨率；數(shù) 字總線，其用于將從伺服與速度控制塊中的控制器接收的數(shù)字字傳送到所述多個HRPWM產(chǎn) 生器，所述數(shù)字字提供來自所述行波電動機的在其操作期間的行波電動機操作性能信息， 時鐘振蕩器，其提供至少八十（80)百萬分率ppm的準確度，針對所述HRPWM產(chǎn)生器中 的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供；以及 電動機驅(qū)動器，其包含用于提供用于驅(qū)動所述行波電動機的相控輸出的多個功率驅(qū)動 器，所述功率驅(qū)動器包含耦合到所述多個HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個輸入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述時鐘振蕩器包括晶體時鐘振蕩 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述晶體時鐘振蕩器在所述MCU芯 片上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述行波電動機為超聲波電動機 USM0
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述電動機驅(qū)動器包括兩個⑵推 挽式功率驅(qū)動器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述電動機驅(qū)動器包括升壓功率轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述MCU芯片經(jīng)配置以在有誤差的 情況下將電壓升壓且使用相位作為輔助控制變量來改進扭矩線性度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動器組合，其中所述MCU芯片包含實施諧振跟蹤器 以改進所述行波電動機的功率效率的可執(zhí)行程序。
9. 一種行波電動機控制系統(tǒng)，其包括： 行波電動機； 預驅(qū)動器，其包含： 微控制器單元MCU芯片，其包含：多個高分辨率脈沖寬度調(diào)制HRPWM產(chǎn)生器，其針對介 于5kHz與300kHz之間的脈沖寬度調(diào)制PWM載波頻率提供比十（IO)Hz好的頻率分辨率；數(shù) 字總線，其用于將從伺服與速度控制塊中的控制器接收的數(shù)字字傳送到所述多個HRPWM產(chǎn) 生器，所述數(shù)字字提供來自所述行波電動機的在其操作期間的行波電動機操作性能信息， 時鐘振蕩器，其提供至少八十（80)百萬分率ppm的準確度，針對所述HRPWM產(chǎn)生器中 的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供；以及 電動機驅(qū)動器，其包含用于提供用于驅(qū)動所述行波電動機的相控輸出的多個功率驅(qū)動 器，所述功率驅(qū)動器包含耦合到所述多個HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個輸入，及 從所述行波電動機的輸出到所述MCU芯片的反饋路徑，其包含伺服與速度控制塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述時鐘振蕩器包括晶體時鐘振蕩器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述晶體時鐘振蕩器在所述MCU芯片上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述行波電動機為超聲波電動機USM。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電動機驅(qū)動器包括兩個推挽式功率驅(qū)動器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電動機驅(qū)動器包括升壓功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述MCU芯片經(jīng)配置以在有誤差的情況下將電 壓升壓且使用相位作為輔助控制變量來改進扭矩線性度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述MCU芯片包含實施諧振跟蹤器以改進所述行 波電動機的功率效率的可執(zhí)行程序。
【專利摘要】本申請案涉及使用高分辨率PWM產(chǎn)生器的行波電動機預驅(qū)動器。一種用于控制行波電動機(190)的電動機驅(qū)動器組合(150)包含預驅(qū)動器(160)，所述預驅(qū)動器(160)包含微控制器單元MCU芯片(165)，所述MCU芯片(165)包含提供比10Hz好的頻率分辨率的多個高分辨率脈沖寬度調(diào)制HRPWM產(chǎn)生器。數(shù)字總線(166)用于將從伺服與速度控制塊(130)中的控制器接收的數(shù)字字傳送到所述HRPWM產(chǎn)生器，其中所述數(shù)字字提供來自所述電動機的在其操作期間的行波電動機操作性能信息。提供至少八十(80)百萬分率ppm的準確度的時鐘振蕩器(168)針對所述高分辨率PWM產(chǎn)生器中的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供。電動機驅(qū)動器(170)包含用于提供用于驅(qū)動所述行波電動機的相控輸出的多個功率驅(qū)動器，所述功率驅(qū)動器包含耦合到所述多個HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個輸入。所述行波電動機可為超聲波電動機。
【IPC分類】H02N2-08, H02N2-06
【公開號】CN104821740
【申請?zhí)枴緾N201510062188
【發(fā)明人】斯蒂芬·約翰·費迪甘
【申請人】德州儀器公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年2月5日
【公告號】US20150222217