使用高分辨率pwm產(chǎn)生器的行波電動(dòng)機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 所揭示實(shí)施例設(shè)及用于包含超聲波電動(dòng)機(jī)的行波電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[000引超聲波電動(dòng)機(jī)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(cuò)鐵酸鉛（PZT))致動(dòng)器使得其安靜地移動(dòng)到人體的電動(dòng)機(jī)。具有兩個(gè)分區(qū)的 單個(gè)壓電條帶在底部上接合到定子。所述兩個(gè)分區(qū)W四分之一波長(zhǎng)在空間上分離且通過(guò)90 度異相的信號(hào)激發(fā)。施加于定子與轉(zhuǎn)子之間的預(yù)負(fù)載經(jīng)由摩擦禪合將高頻率低振幅振動(dòng)轉(zhuǎn) 換為單向運(yùn)動(dòng)。為了放大運(yùn)動(dòng)，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(yīng)正交的兩個(gè)高電壓波形的驅(qū)動(dòng)器。此 頻率通常W非常精細(xì)步長(zhǎng)在正好高于串聯(lián)諧振頻率的窄范圍內(nèi)調(diào)整。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)特定 USM可具有在其應(yīng)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(zhǎng)。需要將電動(dòng)機(jī)的頻率調(diào)整為正好高于串聯(lián)諧振頻率是因?yàn)?USM扭矩在W高于串聯(lián)諧振頻率操作時(shí)已知比在W低于所述諧振頻率操作時(shí)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(shí)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(wèn)題。對(duì)于該些電路，Af由W下方程式給出：
[0005]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于控制行波電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其包括： 預(yù)驅(qū)動(dòng)器，其包含： 微控制器單元MCU芯片，其包含：多個(gè)高分辨率脈沖寬度調(diào)制HRPWM產(chǎn)生器，其針對(duì)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(gè)HRPWM產(chǎn) 生器，所述數(shù)字字提供來(lái)自所述行波電動(dòng)機(jī)的在其操作期間的行波電動(dòng)機(jī)操作性能信息， 時(shí)鐘振蕩器，其提供至少八十（80)百萬(wàn)分率ppm的準(zhǔn)確度，針對(duì)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其包含用于提供用于驅(qū)動(dòng)所述行波電動(dòng)機(jī)的相控輸出的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng) 器，所述功率驅(qū)動(dòng)器包含耦合到所述多個(gè)HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個(gè)輸入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述時(shí)鐘振蕩器包括晶體時(shí)鐘振蕩 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述晶體時(shí)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述行波電動(dòng)機(jī)為超聲波電動(dòng)機(jī) USM0
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括兩個(gè)⑵推 挽式功率驅(qū)動(dòng)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lái)改進(jìn)扭矩線性度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合，其中所述MCU芯片包含實(shí)施諧振跟蹤器 以改進(jìn)所述行波電動(dòng)機(jī)的功率效率的可執(zhí)行程序。
9. 一種行波電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其包括： 行波電動(dòng)機(jī)； 預(yù)驅(qū)動(dòng)器，其包含： 微控制器單元MCU芯片，其包含：多個(gè)高分辨率脈沖寬度調(diào)制HRPWM產(chǎn)生器，其針對(duì)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(gè)HRPWM產(chǎn) 生器，所述數(shù)字字提供來(lái)自所述行波電動(dòng)機(jī)的在其操作期間的行波電動(dòng)機(jī)操作性能信息， 時(shí)鐘振蕩器，其提供至少八十（80)百萬(wàn)分率ppm的準(zhǔn)確度，針對(duì)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其包含用于提供用于驅(qū)動(dòng)所述行波電動(dòng)機(jī)的相控輸出的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng) 器，所述功率驅(qū)動(dòng)器包含耦合到所述多個(gè)HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個(gè)輸入，及 從所述行波電動(dòng)機(jī)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(shí)鐘振蕩器包括晶體時(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)為超聲波電動(dòng)機(jī)USM。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括兩個(gè)推挽式功率驅(qū)動(dòng)器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lái)改進(jìn)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(shí)施諧振跟蹤器以改進(jìn)所述行 波電動(dòng)機(jī)的功率效率的可執(zhí)行程序。
【專利摘要】本申請(qǐng)案涉及使用高分辨率PWM產(chǎn)生器的行波電動(dòng)機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)器。一種用于控制行波電動(dòng)機(jī)(190)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合(150)包含預(yù)驅(qū)動(dòng)器(160)，所述預(yù)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(lái)自所述電動(dòng)機(jī)的在其操作期間的行波電動(dòng)機(jī)操作性能信息。提供至少八十(80)百萬(wàn)分率ppm的準(zhǔn)確度的時(shí)鐘振蕩器(168)針對(duì)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器(170)包含用于提供用于驅(qū)動(dòng)所述行波電動(dòng)機(jī)的相控輸出的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器，所述功率驅(qū)動(dòng)器包含耦合到所述多個(gè)HRPWM產(chǎn)生器的輸出的多個(gè)輸入。所述行波電動(dòng)機(jī)可為超聲波電動(dòng)機(jī)。
【IPC分類】H02N2-08, H02N2-06
【公開號(hào)】CN104821740
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510062188
【發(fā)明人】斯蒂芬·約翰·費(fèi)迪甘
【申請(qǐng)人】德州儀器公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日
【公告號(hào)】US20150222217