变频控制专用的16位MCU，实现180°电机控制
近年来180°电机控制因其节能、静音及低颤动而得到广泛的关注和应用，尤其在家电领域里，如油烟机、冰箱、空调及洗衣机等。瑞萨电子目前推出了一系列变频控制专用的16位/32位MCU，本文主要介绍瑞萨16位MCU――RL78/G14的主要特点及基于该系列MCU的电机控制方面的应用。
180°控制的应用场合及特点
目前市场上对于家用电器如热水器、油烟机等一般要求其具有低噪声、低损耗、省电节能的特征，因此，类似的这些场合并不适宜使用变频器驱动的交流异步电机，而适合使用小功率无刷直流电机进行调速。
无刷直流电机分为方波控制（120°控制）的BLDC和正弦波控制（180°控制）的PMSM永磁同步电机。下表是各个电机控制特点比较：
表1 :电机控制特点
由上表可以看出，在小功率电机范围内，180°电机控制具有噪声低、效率高的优点。
目前市场上最先进的180°控制技术是基于磁场定向矢量的变频技术，FOC(磁场定向)矢量控制算法产生矢量形式相电压，用来控制定子电流，其控制原理是通过一定的坐标转换可以对磁通和转矩直接控制，实现电流和转速的双闭环控制，可以在不产生大流的情况下实现快速的动态响应。
RL78/G14 16位MCU促进电机驱动的设计
180°变频马达里对电机采用的是矢量控制来达到变频目的，因此，对MCU的要求高，如油烟机、热水器、空气净化器等需要更多的附属功能如液晶显示、延时控制等，MCU还需要一些特有的外设如串行通信、强大的定时器等。
瑞萨电子为电机控制开发了全新一代16位MCU RL78/G14系列。该系列产品集成了内部硬件乘法器、定时器、多个通用寄存器,独立的变频控制模块，专用于电机控制应用的外设使其更适合中小功率的180°变频电机。
在180°变频电机控制算法中要用到坐标变换及逆变换、乘法运算和大量的循环控制，因此需求MCU的速度要快，G14系列16位MCU的硬件乘法/除法器都能够快速进行FOC矢量控制运算，及PID迭代、坐标变换。
该系列16位MCU有多个外部中断，能够快速响应外部中断，如传感器的反馈信息等，极大的降低了电机控制方案的成本，高达32MHZ的内核运行速度，使得运行效率更高。
G14系列MCU整合了高级定时器模块 - “定时器RD”、“定时器RG”和“定时器RJ”，它们与R8C MCU系列内的定时器兼容。定时器RD由2个工作频率为64MHz的16位定时器组成，具有脉冲波调制（PWM）功能，能够输出（6个）具有用户指定振幅的三相波形。定时器RG是一种16位定时器模块，可以在相位计数模式下自动测量双相编码器的数量。定时器RJ是一种16位定时器模块，可以测量脉冲输出或外部脉冲输入的脉冲宽度或周期。同时MCU提供在线自编程功能，这些MCU无需外部EEPROM，它自身的DataFlash已经够用。
在G14系列中带有96KB（或者更高）Flash存储器的产品采用了双通道8位D/A转换器（DAC）和R8C系列MCU上提供的、具有Window功能的模拟比较器。DAC能够以最少的元件实现音频回放或者产生高分辨率电压信号，从而削减了系统成本而增强了整个单片机的模拟功能。
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