在現代機器人設計中，頭部、頸部、四肢的任何活動(dòng)都需要各種各樣電機的支持，如傳統的旋轉電機、步進(jìn)電機、直線(xiàn)電機和其它特殊電機，但這些電機的驅動(dòng)和控制要求各有不同，如何實(shí)現各種電機的精確控制解決方案？如何以最低的功耗實(shí)現對它們的控制？常常對設計師來(lái)說(shuō)是一大挑戰。本文將詳細地討論高壓電機控制系統的各核心子系統在具體實(shí)現時(shí)應注意哪些問(wèn)題。

高壓交流（HVAC）電機、工業(yè)逆變器或高壓永磁無(wú)刷電機是高電壓系統的幾個(gè)例子，它們典型地按他們的馬力進(jìn)行分類(lèi)。雖然仍是最常見(jiàn)的，但其他類(lèi)型電機也已經(jīng)出現，如直線(xiàn)電機和內嵌各種激勵器實(shí)現的齒輪頭電機。數字電機控制解決方案允許精確地控制這些機械驅動(dòng)機構的位置、速度和轉矩。在這類(lèi)大型機械驅動(dòng)機構中的MOSFET通常容量超過(guò)600V。

例如，TI有柵極驅動(dòng)解決方案TPS2829，一個(gè)同相高速MOSFET驅動(dòng)器。當結合反饋環(huán)路中的TLV3501比較器時(shí)，這些系統中的柵極就可以進(jìn)行數字控制。另外，TI的MOSFET驅動(dòng)器（如UCC37321或UCC37323）可以直接驅動(dòng)小馬達或驅動(dòng)功率器件，如MOSFET或IGBT。

高壓電機控制系統的主要設計考慮因素

高壓電機控制系統的核心子系統包括：控制器、隔離、控制器接口和運動(dòng)反饋。

控制器：TI還提供一系列的控制處理器解決方案，從超低功耗MSP430微控制器到TMS470基于A(yíng)RM7的處理器和C2000數字信號控制器（DSC）。恰當的控制器可以?xún)?yōu)化電機驅動(dòng)效率，提高可靠性和降低整體系統成本。C2000控制器的32位DSP水平的性能和針對電機控制優(yōu)化的片上外設使用戶(hù)可以輕松地實(shí)現先進(jìn)的算法，如三相馬達的無(wú)傳感器矢量控制。C2000系列控制器（從低成本F28016到業(yè)界首個(gè)浮點(diǎn)DSC TMS320F28335）都保持軟件兼容。

隔離：TI的數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，它們采用二氧化硅進(jìn)行隔離，提供4kV的隔離能力。與隔離電源結合使用時(shí)，這些器件可以阻隔高電壓，隔離地，并防止噪聲電流進(jìn)入本地地，以及干擾或損壞敏感電路。

控制器接口：RS-232或RS-422對許多系統而言足夠用了。RS-485信令可能會(huì )捆綁一些協(xié)議，如Profibus、Interbus、Modbus或BACnet，每個(gè)針對最終用戶(hù)的特定需求。有時(shí)，控制器局域網(wǎng)（CAN）或EtherNet/IP（工業(yè)協(xié)議）優(yōu)先用于滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)要求。M-LVDS是可以提供更低功耗的一種替代選擇。

使用外部電路的運動(dòng)反饋：隔離的Delta-Sigma調制器（AMC1203/AMC1210）非常適合用于分流測量，以拉平毛刺和增加電流反饋分辨率。此外，INA19x（x=3到8）和INA20x（x=1至9）為低端和高端電流分流監測提供很寬的共模電壓。

霍爾效應或磁傳感器通常在測量超過(guò)10A的電流時(shí)更有效率，而且他們可固有地提供隔離能力。ADS1204、ADS1205和ADS1208是3個(gè)推薦器件。為了將±10V（20Vpp）信號連接到采用3.3V或5V電源的ADC上，可使用一個(gè)INA159電平差異放大器。像ADS7861/ADS7864或ADS8361/ADS8364的ADC可提供4通道或6聲道的同時(shí)電流取樣。