使用高分辨率pwm产生器的行波电动机预驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 所揭示实施例设及用于包含超声波电动机的行波电动机的电动机预驱动器。
【背景技术】
[000引超声波电动机扣SM)是具有在高于可听频带（约20kHz)的超声波范围内操作的 压电（例如，错铁酸铅（PZT))致动器使得其安静地移动到人体的电动机。具有两个分区的 单个压电条带在底部上接合到定子。所述两个分区W四分之一波长在空间上分离且通过90 度异相的信号激发。施加于定子与转子之间的预负载经由摩擦禪合将高频率低振幅振动转 换为单向运动。为了放大运动，PZT或其它压电元件通常激发USM的系统谐振。
[0003] USM通常包含在高于可听频带的频率下供应正交的两个高电压波形的驱动器。此 频率通常W非常精细步长在正好高于串联谐振频率的窄范围内调整。举例来说，一个特定 USM可具有在其应用中需要甜Z或更好的频率分辨率（Af)的61. 6KHZ的串联谐振频率。 此翻译成约0. 08%的频率步长。需要将电动机的频率调整为正好高于串联谐振频率是因为 USM扭矩在W高于串联谐振频率操作时已知比在W低于所述谐振频率操作时更平稳且更线 性地变化，在W低于所述谐振频率操作的情况下其急剧下降使得为了W低于所述谐振频率 控制USM，将需要甚至更多频率分辨率。
[0004] 此所需频率分辨率（Af)给使用除WN时钟电路发展其PWM输出频率的常规脉冲 宽度调制（PWM)产生器提出问题。对于该些电路，Af由W下方程式给出：
[0005]
【主权项】
1. 一种用于控制行波电动机的电动机驱动器组合，其包括： 预驱动器，其包含： 微控制器单元MCU芯片，其包含：多个高分辨率脉冲宽度调制HRPWM产生器，其针对介 于5kHz与300kHz之间的脉冲宽度调制PWM载波频率提供比十（IO)Hz好的频率分辨率；数 字总线，其用于将从伺服与速度控制块中的控制器接收的数字字传送到所述多个HRPWM产 生器，所述数字字提供来自所述行波电动机的在其操作期间的行波电动机操作性能信息， 时钟振荡器，其提供至少八十（80)百万分率ppm的准确度，针对所述HRPWM产生器中 的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供；以及 电动机驱动器，其包含用于提供用于驱动所述行波电动机的相控输出的多个功率驱动 器，所述功率驱动器包含耦合到所述多个HRPWM产生器的输出的多个输入。
2. 根据权利要求1所述的电动机驱动器组合，其中所述时钟振荡器包括晶体时钟振荡 器。
3. 根据权利要求2所述的电动机驱动器组合，其中所述晶体时钟振荡器在所述MCU芯 片上。
4. 根据权利要求1所述的电动机驱动器组合，其中所述行波电动机为超声波电动机 USM0
5. 根据权利要求1所述的电动机驱动器组合，其中所述电动机驱动器包括两个⑵推 挽式功率驱动器。
6. 根据权利要求1所述的电动机驱动器组合，其中所述电动机驱动器包括升压功率转 换器系统。
7. 根据权利要求6所述的电动机驱动器组合，其中所述MCU芯片经配置以在有误差的 情况下将电压升压且使用相位作为辅助控制变量来改进扭矩线性度。
8. 根据权利要求1所述的电动机驱动器组合，其中所述MCU芯片包含实施谐振跟踪器 以改进所述行波电动机的功率效率的可执行程序。
9. 一种行波电动机控制系统，其包括： 行波电动机； 预驱动器，其包含： 微控制器单元MCU芯片，其包含：多个高分辨率脉冲宽度调制HRPWM产生器，其针对介 于5kHz与300kHz之间的脉冲宽度调制PWM载波频率提供比十（IO)Hz好的频率分辨率；数 字总线，其用于将从伺服与速度控制块中的控制器接收的数字字传送到所述多个HRPWM产 生器，所述数字字提供来自所述行波电动机的在其操作期间的行波电动机操作性能信息， 时钟振荡器，其提供至少八十（80)百万分率ppm的准确度，针对所述HRPWM产生器中 的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供；以及 电动机驱动器，其包含用于提供用于驱动所述行波电动机的相控输出的多个功率驱动 器，所述功率驱动器包含耦合到所述多个HRPWM产生器的输出的多个输入，及 从所述行波电动机的输出到所述MCU芯片的反馈路径，其包含伺服与速度控制块。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述时钟振荡器包括晶体时钟振荡器。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中所述晶体时钟振荡器在所述MCU芯片上。
12. 根据权利要求9所述的系统，其中所述行波电动机为超声波电动机USM。
13. 根据权利要求9所述的系统，其中所述电动机驱动器包括两个推挽式功率驱动器。
14. 根据权利要求9所述的系统，其中所述电动机驱动器包括升压功率转换器系统。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中所述MCU芯片经配置以在有误差的情况下将电 压升压且使用相位作为辅助控制变量来改进扭矩线性度。
16. 根据权利要求9所述的系统，其中所述MCU芯片包含实施谐振跟踪器以改进所述行 波电动机的功率效率的可执行程序。
【专利摘要】本申请案涉及使用高分辨率PWM产生器的行波电动机预驱动器。一种用于控制行波电动机(190)的电动机驱动器组合(150)包含预驱动器(160)，所述预驱动器(160)包含微控制器单元MCU芯片(165)，所述MCU芯片(165)包含提供比10Hz好的频率分辨率的多个高分辨率脉冲宽度调制HRPWM产生器。数字总线(166)用于将从伺服与速度控制块(130)中的控制器接收的数字字传送到所述HRPWM产生器，其中所述数字字提供来自所述电动机的在其操作期间的行波电动机操作性能信息。提供至少八十(80)百万分率ppm的准确度的时钟振荡器(168)针对所述高分辨率PWM产生器中的每一者耦合到所述MCU芯片或由所述MCU芯片提供。电动机驱动器(170)包含用于提供用于驱动所述行波电动机的相控输出的多个功率驱动器，所述功率驱动器包含耦合到所述多个HRPWM产生器的输出的多个输入。所述行波电动机可为超声波电动机。
【IPC分类】H02N2-08, H02N2-06
【公开号】CN104821740
【申请号】CN201510062188
【发明人】斯蒂芬·约翰·费迪甘
【申请人】德州仪器公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年2月5日
【公告号】US20150222217