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作為工業控制領先芯片方案廠商，德州儀器為 AC 感應電機 （ACIM）、刷式直流電機、無刷直流電機 （BLDC）、永久磁性同步電機和步進電機等各類電機，尋找合適的模擬和數字產品、軟件和支持，以精確控制位置、速度和扭矩等關鍵工業應用實現最佳解決方案。想了解關于電機驅動方面的最新算法和最理想的方案嗎？想為您的電機驅動找到更合適的方案以適應工業自動化系統的新挑戰嗎？趕快報名參與電子發燒友網舉辦的賽靈思研討會——取代傳統MCU方案:用All Programmable技術提升工業自動化系統的效率和性能，內容精彩，絕對不容錯過！
TI 是全球市場領導者，其利用先進的電機控制專業技術方面的豐富經驗，并結合模擬和嵌入式處理產品系列，可提供完整的電機系統解決方案。選擇 TI，因為我們具有豐富的電機專業技術、廣泛的選擇范圍，以及全面的支持，可為您提供高效、可靠和經濟的驅動和控制解決方案。
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TI 提供了廣泛系列的模擬產品、數字控制器和軟件，可精確控制機械驅動裝置的位置、速度和扭矩。電機控制和驅動解決方案適用于小型驅動，包括螺線管、DC 或無刷 DC 及步進；也適用于大型驅動，如利用較高電壓（通常數百伏）的 AC 開環和閉環系統。按電機類型查看解決方案。
DRV8x 集成電機驅動器系列 使客戶能夠快速輕松地旋轉電機，從而加快了上市時間并顯著簡化了設計。通過集成閘極驅動電路、感應放大器、保護、FETS、行業標準控制界面和驅動算法等，設計的復雜程度、電路板面積和旋轉電機的時間都顯著減少。借助過流保護、熱保護、擊穿保護和欠壓保護等片上保護，DRV8x 系列很強大、可靠且受到全面保護。
除了提供適用于各種電機控制應用的高性能模擬和混合信號器件，TI 還提供高性能、超低功耗微處理器以應對每個設計挑戰。TI C2000? 微控制器系列結合了高性能和實時控制，可提供針對電機控制的強大單芯片解決方案。MSP430F54xx 系列具有功能強大的 16 位 RISC CPU、16 位寄存器以及豐富的內置精密模擬外設集，旨在實現最高的代碼效率。最后，TI Stellaris 系列的 ARM? Cortex?-M3 微處理器具有確定性性能和專為同步高級運動控制和實時連接設計的目標功能，包括高速運動控制 PWM、QEI、快速 ADC 和多個定時器，以及超快處理器速度、大量內存選項和多種通信接口。
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電機驅動和控制解決方案信號鏈
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電機驅動和控制解決方案產品
特色電機控制工具和軟件
接下來會分別介紹德州儀器：AC 感應電機，刷式直流電機，無刷直流 （BLDC） ，永久磁性同步電機 （PMSM） ，步進電機簡介及相關方案。
一、電機控制 - AC 感應電機 （ACIM） 概述
AC 感應電機 （ACIM） 是消費電子類應用和工業應用中最受歡迎的電機，代表了工業革命的力量。十九世紀末，Nicola Tesla 首次構想出“無火花”電機的概念，即由兩個靜態相位以正交關系構成的多相結構。自此以來，又改為更為常用的 3 相結構，實現了電機電壓和電流的平衡操作。
該電機沒有刷式直流電機那樣的刷子/換向器結構，不會產生火花相關的問題，如電噪聲、刷子磨損、摩擦高和可靠性差等。轉子和定子結構中磁性的消失進一步增強了可靠性，也降低了制造成本。在高功率應用中（如 500 HP 和更高應用），AC 感應電機是現有最高效的電機，可以達到 97% 或更高的效率額定值。但在輕載條件下，產生轉子磁通所需的正交磁流占定子電流的很大部分，導致效率降低、功率因數操作較差。
ACIM 使用正弦電壓和電流驅動時表現最佳。ACIM 的優點之一是能通過低扭矩紋波實現難以置信的順暢操作。為了實現此目的，多數 ACIM 包含開槽定子結構，其中繞線按正弦繞線分布置于槽中，從而在氣隙中呈現正弦磁通分布。此磁通也連接轉子繞組，轉子繞組的兩端短接銅棒或鋁棒，并安裝在軟鐵或其它鐵基材料組成的堆棧式層壓結構上。在大多數情況下，降低轉子棒的電阻可以提高電機效率。隨著這些導體中的磁通減少，轉子棒中將施加 d-flux/dt 電壓，從而在轉子中產生電流。換言之，電流從定子電路感應到轉子電路，與從標準變壓器的初級線圈感應二次電流差不多。此轉子電流會產生自己的磁通，并與定子 mmF 交互產生扭矩。但是，為了在轉子棒上實現 d-flux/dt 效應，轉子不能以定子磁場相同的旋轉速度旋轉。因此，感應電機歸類為異步電機。定子磁通矢量與轉子之間的轉速差異稱為轉差。隨著電機軸所需扭矩增加，轉差率也會增加。總之，電機速度是定子極數、電機扭矩（最終為電機轉差）和 AC 輸入電壓頻率的函數關系。
3 相拓撲是變速應用的理想選擇。3 相轉換器的常用方法如圖所示，只需改變所應用波形的電壓和頻率（開環 V/Hz 或標量控制），即可控制電機速度。在扭矩環路周圍回繞速度環路來采用場定向控制 （FOC），也可控制速度。前者可以通過經濟的器件（如 MSP430）輕松實現，但 FOC 更適合強大的 32 位處理器（如 TI C2000 處理器）。
AC 感應電機也有單相版本。多數單相版本實際上具有雙相，其中一個相位用于幫助啟動電機。一旦電機達到一定速度，該相位斷開，這樣電機就只在一個相位上運行。
AC 感應電機 （ACIM） 系統的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅動器、隔離器件、工業接口和電源管理。
AC 感應電機
設計注意事項
AC 感應電機概述
AC 感應電機 （ACIM） 是消費電子類應用和工業應用中最受歡迎的電機。此電機高度可靠，設計簡單，其沒有刷子，因此不存在磨損，并且制造成本極低。另一重要特性是轉子不會產生任何移動接觸，因此不會產生火花。但是，ACIM 與其它電機類型相比，效率較低。
ACIM 速度取決于 AC 輸入電壓的頻率和定子繞線中的極數。AC 感應電機提供單相和三相版本；三相是變速應用的理想選擇。
微處理器
TI 的 Stellaris? C2000? 以及 Hercules? 微處理器 （MCU） 系列非常適合于控制 AC 感應電機。所有這些 MCU 系列均可用于實施標量或矢量控制技術。
C2000 MCU 適用于實時操作并具有高分辨率脈寬調制器 （PWM），可對閘極驅動器進行精確控制。雙采樣保持、12 位、高速模數轉換器 （ADC） 可對任何傳感器輸入進行高精度采樣。
高性能 PWM 和 ADC 相結合可確保低扭矩紋波和高效電機控制。功能強大的 C2000 MCU 內核架構可快速執行數學算法，并通過矢量控制控制電機。
Stellaris MCU 基于廣泛使用的 ARM Cortex M3 內核并具有所有與電機控制相關的集成板載外設。Stellaris MCU 具有 10 位 ADC 和電機控制特定的 PWM，可為電機提供高效控制。板載通信外設（例如 USB 和以太網）啟用 MCU 用作聯網控制器，也可執行電機控制。
Hercules 安全 MCU 是基于廣泛使用的 ARM Cortex R4 內核，設計為簡化開發和認證的安全關鍵型系統。Hercules MCU 具有多達 2 個 12 位 ADC。靈活的 HET 協處理器具有特定于電機控制的 PWM，可為電機提供高效控制。板載通信外設（例如，啟用 MCU 用作可同時執行安全電機控制的安全聯網控制器的 USB、以太網和 CAN）。
隔離
TI 數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢壘進行隔離，可提供 4kV 隔離。當與隔離電源配合使用時，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見選擇。展望未來，設計人員將在其產品中集成主流接口，如以太網、USB 和 CAN。
TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發器 ISO1050。
電源管理
德州儀器 （TI） 提供從標準 IC 到高性能插件、變壓器、數字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。
從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線性穩壓器和非隔離式開關 DC/DC 穩壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項目開發。
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二、電機控制 - 刷式直流電機概述
刷式直流電機是現有歷史最久的電機拓撲之一。它們將固定刷子安裝在定子機座上，摩擦轉子上的換向片，而后者又連接至旋轉的線圈段。隨著電機旋轉，不同轉子線圈不斷連接和斷開，這樣轉子產生的凈磁場相對于定子機座就是固定的，且通過定子磁場正確定向，從而產生扭矩。當換向片旋轉過刷子時，這些特定轉子線圈段的電觸頭將會斷開。由于轉子線圈是電感的，而電感器生成高回掃電壓來抵抗電流變化，因此刷子和斷開的換向片之間會產生火花。這些火花會導致很多負面結果，如電噪聲、效率降低，以及某些情況下的危險操作。此外，刷子必須安裝彈簧來抵抗換向片，以確保電接觸良好。這進一步降低了效率，需要定期維護更換刷子。
盡管有諸多劣勢，但刷式直流電機有一顯著優勢：成本。由于控制刷式直流電機相對簡單，因此還廣泛用于系統成本是主要驅動因素的應用中。在使用永久磁性生成定子磁通的拓撲中，產生的速度/扭矩曲線非常有線性特征。因此，刷式直流電機歷來常用于工業伺服應用，速度和扭矩分別與所應用的電壓和電流成正比。但是，半導體器件的跌價使得電源轉換和控制的成本降低。因此，許多直流電機被交流電機所取代，后者帶來了效率和可靠性提高等優勢。
刷式直流電機的主題多種多樣，如直流并聯電機和通用電機，兩者都使用定子線圈代替永久磁性。在直流并聯電機中，定子線圈與轉子電路并聯；而在通用電機中，定子線圈與轉子串聯。通用電機在家電應用中尤其常用，因為它具有高啟動扭矩，可以高速運行。只需添加串聯晶閘管并進行交流相位控制，便可輕松對通用電機進行速度控制。但是，刷子/換向器結構常見于這些電機類型，因此它們具有標準 PM 刷式直流電機相同的劣勢。
方框圖
刷式直流電機系統的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅動器、隔離器件、工業接口和電源管理。
刷式直流電機
設計注意事項
刷式直流電機概述
刷式直流電機使用刷子進行換向。電樞或轉子具有繞線，可端接至換向器。刷子通過形成或斷開接觸為電樞提供電源。
定子可能具有兩個或更多永久磁性；相反的定子磁性極性和激磁繞線異極相吸，導致轉子旋轉。當轉子與定子位置對齊時，刷子將跨越換向器并驅動下一個繞線。
刷式直流電機需要維護并具有線性扭矩/電流曲線。這些電機易于控制，其速度和扭矩與電流和電壓成正比。
微處理器
具有 4 個脈寬調制器 （PWM） 信號的任何 MCU 系列均可以用于驅動連接到刷式直流電機的 H 橋 DC/DC 轉換器。根據控制算法的復雜性，反饋控制可能使用霍爾傳感器或編碼器。
鑒于其在工作模式和休眠模式中的超低功耗操作功能，TI 的 MSP430 可以成為控制低端、電池供電的刷式直流電機系統的理想選擇。
C2000? 和 Stellaris? MCU 具有 QEI 輸入，可接受編碼器輸入。Hercules? MCU 可通過靈活的 HET 協處理器接收編碼器輸入。如果需要高性能和實時操作，C2000 MCU 系列就是最佳選擇。C2000 或 Stellaris MCU 可滿足中端系統要求。Hercules MCU 是系統需要基于 IEC61508 等安全標準認證時的首選并可支持各種性能需求。
隔離
TI 數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢壘進行隔離，可提供 4kV 隔離。
當與隔離電源配合使用時，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見選擇。展望未來，設計人員將在其產品中集成主流接口，如以太網、USB 和 CAN。
TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發器 ISO1050。
電源管理
德州儀器 （TI） 提供從標準 IC 到高性能插件、變壓器、數字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。
從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線性穩壓器和非隔離式開關 DC/DC 穩壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項目開發。
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三、電機控制 - 無刷直流 （BLDC） 電機
無刷直流 （BLDC） 電機可以想象成與刷式直流電機截然相反，其中永久磁性在轉子上，而繞線在定子上。因此，該電機沒有刷子和換向器，消除了與刷式直流電機產生火花相關的劣勢。
該電機被稱為直流電機，是因為其線圈通過直流電源驅動，而直流電源是按預定順序的形式應用到不同的定子線圈。這一過程稱為換向。但是，BLDC 并不恰當，因為該電機實際上屬于交流電機。在電路循環過程中，每個線圈中的電流正負交替。定子一般是凸極結構，旨在產生梯形反電動勢波形，盡可能符合所應用的換向電壓波形。但是實際上很難做到，產生的反電動勢波形通常更像正弦，而非梯形。因此，PMSM 電機使用的許多控制技術（如場定向控制）同樣適用于 BLDC 電機。
對 BLDC 電機的另一個誤解是關于其如何驅動。不同于開環步進應用中驅動的定子線圈決定轉子位置，在 BLDC 電機中，轉子位置決定要驅動哪個定子線圈。定子磁通矢量位置必須與轉子磁通矢量位置保持同步（而非相反），以使電機操作順暢。要實現這一目的，需要了解轉子位置來確定要驅動的定子線圈。現有多種技術可實現這一目的，但最常用的技術是使用霍爾效應傳感器監控轉子位置。遺憾的是，這些傳感器及其相關連接器和線束會增加系統成本，并降低可靠性。
為減少這些問題，已有多種技術開發出來用于消除這些傳感器，進而實現無傳感器操作。多數技術依靠在電機旋轉時，從定子繞線的反電動勢波形中提取位置信息。但是，依靠反電動勢傳感的技術在電機旋轉緩慢或靜止時便無用武之地，因為此時反電動勢波形很弱或根本不存在。因此，我們不斷開發新技術，以在低轉速或零轉速時從其它信號中獲取轉子位置信息。
BLDC 電機在效率額定值方面占絕對優勢，一般可達到 95% 左右。當前對新非晶合金材料的研究正在將這一數字推向新高。已有報道稱 100W 范圍內效率為 96%。BLDC 電機還在爭奪“世界最快電機”之稱，部分電機速度可達到數十萬 RPM（其中一項應用中已報道 400K RPM）。
最常用的 BLDC 電機拓撲使用 3 相定子結構。因此，標準的 6 晶體管反向器是最常用的功率級，如圖所示。根據運行要求（含傳感器與 無傳感器、換向與 正弦、PWM 與 SVM 等），有很多方法可驅動晶體管來達到所需目標，不勝枚舉。這對一般位于微處理器中的 PWM 發生器的靈活性提出了極高要求。好消息是，TI 的電機控制處理器可輕松滿足這些要求。
方框圖
無刷直流電機 （BLDC） 系統的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅動器、隔離器件、工業接口和電源管理。
無刷直流電機 （BLDC）
設計注意事項
無刷直流 （BLDC） 電機概述
無刷直流電機具有定子繞線和永久磁性轉子。繞線連接到控制電子，且電機內部沒有刷子和換向器。電子類似于換向器驅動適當的繞線；在圍繞定子旋轉的移動模式中驅動繞線。驅動的定子繞線引導轉子磁性。
BLDC 電機效率更高，運行更快更安靜，需要電子以控制旋轉場。BLDC 電機制造成本更低，易于維護。
驅動 BLDC 電機需要三相反向器。反向器包含三個半 H 橋，使用輔助信號控制其高位和低位開關。在關閉高側開關和開啟低側開關之間保有延遲是非常重要的。這將消除潛在的開關短路。
微處理器
TI 的 C2000? 系列 MCU 可以通過使用標量或矢量控制技術控制 BLDC 電機。了解轉子位置對于高效控制 BLDC 電機非常重要。通過連接至電機的霍爾傳感器或旋轉式編碼器能夠檢測到轉子的位置。這些傳感器輸入用于含傳感器的反饋控制系統。
轉子位置還可通過使用反電動勢電壓信息進行估算。此反饋控制模式無需使用傳感器和附加接線。位置或度評估器也可用于計算轉子位置。
C2000 MCU 上的集成高速 12 位 ADC 轉換器、高分辨率脈寬調制器 （PWM） 和正交編碼器輸入 （QEI） 使其適合于實施 BLDC 電機控制。C2000 MCU 內核能夠在短時間內執行復雜的數學函數，使此 MCU 系列成為實施矢量控制技術和同時控制多個電機的理想選擇。此系列的 PWM 具有可編程死區延遲，可驅動高側和低側閘極驅動器。C2000 MCU 還可通過使用梯形或正弦控制驅動 BLDC 電機。
Stellaris? 系列 MCU 向偏愛開放式構架內核的客戶提供基于 ARM 的解決方案。這些 MCU 還為傳感器的控制提供集成 ADC、電機控制特定的 PWM 和 QEI 輸入。其基于硬件的故障檢測系統可更快地關閉系統，無需軟件干預。這些 MCU 也可用于實施標量和矢量控制技術。
MSP430 器件基于 16 位 RISC 架構，在工作模式和休眠模式中具有超低功耗操作功能。通過使用接受較低性能的標量技術，這些 MCU 可用于 BLDC 電機控制。集成驅動器可配置為 PWM 輸出并可通過梯形控制控制閘極驅動器。
Hercules? 安全 MCU 可提供基于 ARM Cortex-R4f 的解決方案并被認證為適合用于需要實現 IEC61508 SIL-3 安全級別的系統中。這些 MCU 還可通過靈活的 HET 協處理器提供集成浮點、12 位 ADC、特定于電機控制的 PWM 及編碼器輸入。Hercules 安全 MCU 還可用于實施標量和矢量控制技術并支持各種性能需求。
隔離
TI 數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢壘進行隔離，可提供 4kV 隔離。
當與隔離電源配合使用時，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見選擇。展望未來，設計人員將在其產品中集成主流接口，如以太網、USB 和 CAN。
TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發器 ISO1050。
電源管理
德州儀器 （TI） 提供從標準 IC 到高性能插件、變壓器、數字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線性穩壓器和非隔離式開關 DC/DC 穩壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項目開發。
四、電機控制 - 永久磁性同步電機 （PMSM）
永久磁性同步電機 （PMSM） 可以看做 AC 感應電機和無刷直流電機 （BLDC） 的交叉產品。它們具有與 BLDC 電機相似的轉子結構，其中包含永久磁性。但是，它們的定子結構類似于 ACIM“表親”的定子結構，其中繞線的構建方式可在機器氣隙中形成正弦磁通密度。因此，使用正弦波形驅動時運行最佳。但不同于 ACIM “親緣產品”，PMSM 電機在使用開環標量 V/Hz 控制時運行較差，因為瞬態條件下沒有提供機械阻尼的轉子線圈。場定向控制是 PMSM 最常使用的控制技術。因此，扭矩紋波可以極低，這與 ACIM 不分伯仲。但是，較之 ACIM，同等大小的 PMSM 電機可提供更高的功率密度。這是因為對于感應電機，部分定子電流需要“感應”轉子電流來產生轉子磁通。這些附加電流會在電機內部產生熱量。但在 PMSM 中，轉子磁通已通過轉子上的永久磁性建立。
多數 PMSM 利用轉子表面安裝的永久磁性。這使得電機呈現“圓”磁場，而電機扭矩是轉子磁性和定子電磁之間反作用力的結果。這樣，將典型 FOC 應用的直軸電流調節為 0，可使最佳扭矩角為 90 度。但部分 PMSM 的磁性埋在轉子結構內。這些電機被稱為“內藏式永久磁性電機”或 IPM 電機。因此，特定空間角度的徑向磁通較其它角度更集中。這便產生了名為“磁阻扭矩”的附加扭矩分量，它是由集中和非集中磁通路徑的電機電感變化引起的。這使得最佳 FOC 扭矩角大于 90 度，需要將直軸電流調節為交軸電流固定的負比率。該負直軸電流也會導致磁場變弱，從而降低直軸的磁通密度，反過來減少部分磁芯損耗。因此，IPM 電機對于給定幀大小可提供更高的電源輸出。這些電機逐漸成為混合電動汽車、電器和 HVAC 變速應用的牽引電機。
IPM 電機展現出的凸極還為無傳感器控制應用提供了額外優勢。在許多情況下，凸極信號的強度足以用來確定靜止和低速運行狀態下的轉子位置。有些無傳感器 FOC 設計在低速時使用凸極映射，然后轉換為電機加速時的反電動勢查看器模型。
方框圖
永久磁性同步電機 （PMSM） 系統的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅動器、隔離器件、工業接口和電源管理。
永久磁性同步
設計注意事項
永久磁性同步電機 （PMSM） 概述
永久磁性同步電機 （PMSM） 與 AC 感應電機或無刷直流電機 （BLDC） 非常相似。它們都具有永久磁性轉子和繞線定子。
PMSM 電機通常使用正弦波形控制，而 BLDC 電機通常使用梯形信號控制，梯形信號也稱為六步換向。
PMSM 的正弦控制效率很高，電機操作順暢，可最大程度地減少震動并降低噪聲。對 PMSM 電機使用場定向控制 （FOC） 技術還可最大程度地減少系統生成的扭矩紋波和電磁干擾。PMSM 電機就大小與 AC 感應電機 （ACIM） 相比時，可提供更高的功率密度。
微處理器
TI 的 C2000? 系列 MCU 可以通過使用標量或矢量控制技術控制 PMSM 電機。了解轉子位置對于高效控制 PMSM 電機非常重要。通過連接至電機的霍爾傳感器或旋轉式編碼器能夠檢測到轉子的位置。這些傳感器輸入用于含傳感器的反饋控制系統。
轉子位置還可通過使用反電動勢電壓信息進行估算。此反饋控制模式無需使用傳感器和附加接線。位置或速度評估器也可用于計算轉子位置。
C2000 MCU 上的集成高速 12 位 ADC 轉換器、高分辨率脈寬調制器 （PWM） 和正交編碼器輸入 （QEI） 使其適合于實施 PMSM 電機控制。C2000 MCU 內核能夠在短時間內執行復雜的數學函數，使此 MCU 系列成為實施矢量控制技術和同時控制多個電機的理想選擇。此系列的 PWM 具有可編程死區延遲，可驅動高側和低側閘極驅動器。
Stellaris? 系列 MCU 向偏愛開放式構架內核的客戶提供基于 ARM 的解決方案。這些 MCU 還為傳感器的控制提供集成 ADC、特定于電機控制的 PWM 和 QEI 輸入。其基于硬件的故障檢測系統可更快地關閉系統，無需軟件干預。這些 MCU 也可用于實施標量和矢量控制技術。
隔離
TI 數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢壘進行隔離，可提供 4kV 隔離。當與隔離電源配合使用時，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進入本地接地并干擾或損害敏感電路。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見選擇。展望未來，設計人員將在其產品中集成主流接口，如以太網、USB 和 CAN。
TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發器 ISO1050。
電源管理
德州儀器 （TI） 提供從標準 IC 到高性能插件、變壓器、數字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線性穩壓器和非隔離式開關 DC/DC 穩壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項目開發。
五、電機控制 - 步進電機
步進電機是電機家族的“嬰兒”，20 世紀 60 年代早期才開始流行。最初構想是作為昂貴的位置控制應用中伺服電機的低成本替代產品，而新興的計算機工業迅速將其采用到外設應用當中。步進電機的主要優勢在于能提供開環位置控制，而成本只是需要反饋的伺服系統的幾分之一。在過去，步進電機有時被誤稱為“數字”電機，因為它們常用正交方波驅動。但是，對這些電機的這種狹隘看法常常會在以后的項目開發過程中導致大難題。步進電機像其它磁“模擬”電機一樣產生扭矩。多數步進電機的阻尼因數很低，導致一定步頻下的欠阻尼運行和對諧振問題的敏感度。這些問題常常使步進電機比其它電機拓撲更難對付。
多數步進電機采用雙凸極設計，轉子和定子結構上均有齒。如同 BLDC 或 PMSM 電機，永久磁性位于轉子上，電磁包含在定子中。多數設計包含 2 個定子相位，由正交相位信號獨立驅動。驅動這些相位有許多方法，包括全步進、半步進或微步進，取決于使用的控制技術。每種情況下都會確定子磁通矢量，轉子上的磁性將嘗試與該矢量保持一致。由于轉子和定子的齒數不同，產生的移動或步進可能極小。對齊之后，定子電流立即按這種方式發生變化，以增加定子磁通矢量角度，從而使電機移動到下一個步進。由于多數應用中沒有位置反饋，轉子磁通可以與定子磁通保持一致，這會產生無助于電機運行的定子電流。因此，步進電機沒有其它常用電機那樣有效。
由于多數步進電機的步進角相對較小，因此不是高速應用的最佳選擇。某些應用需要定子電流來完全更改每個步進的極性。與定子線圈關聯的電感通常會阻止這種變化，電流達到新水平需要一段時間。步頻較高時，電流再次變化之前可能無法完全達到穩定狀態值。因此，驅動相位的電壓必須以更快的速度增加，以使電流變化更快。但最終會達到增益遞減點，此時就無法再進行高速運行。
如前所述，步進設計因其固有的低阻尼因數，常常受到共振問題的困擾。這會增加可聞噪聲，嚴重情況下還會導致錯誤步進。為了消除這些問題（并增加步進分辨率），步進繞線通常使用正弦波形驅動，而非方波。這時，電機稱為微步進。在微步進應用中驅動步進的一種常用方法是，將每個線圈置于單獨的 H 橋電路中，然后利用處理器中的 PWM 調節正弦波形。但設計者必須記住，增加步進分辨率不一定會增加步進精度，尤其是在開環應用中。這由兩個因素造成：
實際與 指令轉子位置將受到電機負載影響，如步進的靜態扭矩曲線所示。實際軸角可以與指令步進角相差幾個微步進，具體取決于扭矩負載。
步進角精度還受制造轉子和定子結構的電機設計和容限的影響。用于微步進應用的步進電機制造標準較高，因此較為昂貴。但是，微步進仍常常與便宜的步進電機配合使用，僅為提高共振敏感度。
方框圖
步進電機系統的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅動器、隔離器件、工業接口和電源管理。
步進電機
設計注意事項
步進電機概述
步進電機安裝有帶永久磁性的轉子，而定子至少具有兩個繞線。當轉子磁性與定子繞線保持一致時，將驅動第二個繞線。兩個繞線交替開啟和關閉，這將導致電機鎖定在想要的步進位置。通過繞線的電流方向還可反向。
在帶有兩個定子繞線的步進電機中，有四個步進以 90° 隔開。根據向定子繞線提供的脈沖，可精確控制步進電機移動的步進。
步進電機的速度控制可通過向繞線提供脈沖頻率實現，而旋轉方向可通過反向脈沖序列進行更改。電機內部的極片有許多齒，有助于定位相對于定子的轉子位置。一些步進電機的定子級也有齒。
根據使用的控制技術，可全步進、半步進或微步進控制步進電機。簡單的方形脈沖可以控制處于全步進的電機，而先進控制技術（如脈寬調制 （PWM））可用于微步進。
微處理器
基本 MSP430 MCU 與步進控制驅動器 IC（如 DRV8412）配合使用，能夠以極低的成本提供全步進或高達 16 個微步進。更復雜的步進電機控制可通過 Stellaris? 或 C2000? MCU 實現。板載外設（如 ADC 和 PWM）創建高度集成的解決方案，可滿足步進電機的所有應用要求。
接口/連接
傳統模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機控制應用的常見選擇。展望未來，設計人員將在其產品中集成主流接口，如以太網、USB 和 CAN。
TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發器 ISO1050。
電源管理
德州儀器 （TI） 提供從標準 IC 到高性能插件、變壓器、數字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。
從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線性穩壓器和非隔離式開關 DC/DC 穩壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項目開發。
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