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MM32 SPIN MCU 电机 FOC 驱动应用指导手册
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38页
在现今越来越强调环保节能的法规要求下, 新一世代的产品需要具备更高的高效性能, 在永磁无刷电 机驱动上亦是如此, 除了高效率的电机外, 电子组件及驱动算法也必须尽可能的高效。 为此灵动微电子提出了以 MM32 SPIN 系列 32 位微处理器开发的风机无位置传感器 FOC 弦波驱动解决 方案。以下表格为此方案所提供的电机驱动功能列表。 本篇内容分为四大部分, 电机驱动硬件的参考设计、软件设计、参数调适说明以及此风机驱动方案的实际运转验证。 硬件系统由外部 24V 电源供电, 经过电源降压转换后提供 15V、5V 电压, 并将此二个电源电压输出分 别给予 Gate driver IC, 及 MM32 SPIN 系列微处理器。功率开关管则直接使用 24V 电源。 此方案采用 0~5V 的电压输入做为速度命令的来源, 以控制电机转速。 用户转动可变电阻旋钮(VR1, 请 见图 1)可以改变此输入电压值, 当输入电压值超过 0.7V 时电机将会启动, 当电压值低于 0.4V 电机将会关闭。 此方案的转速是经过此输入电压的变化加以控制, 目前规划为七段转速控制。 电机启动前会先量测电机的 U,
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MM32 SPIN MCU 电机 FOC 驱动应用指导手册
Application Notes
AN02002
风机无传感器弦波驱动篇应用笔记
版本:1.0
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AN02002
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目录
1. 硬件参考设计 ........................................................................................................... 5
1.1 硬件方块图 ........................................................................................................ 6
2. 软件设计 .................................................................................................................. 7
2.1 软件控制框图 ..................................................................................................... 7
2.2 电机启动的软件设计 ........................................................................................ 10
2.2.1 启动前电机是在静止状态 ........................................................................... 10
2.2.2 启动前电机是在顺转状态 ........................................................................... 11
2.2.3 起动前电机是在逆转状态 ........................................................................... 13
2.3 软件流程图 ...................................................................................................... 15
2.3.1 Main loop 流程图 ...................................................................................... 15
2.3.2 ADC/PWM 中断程序流程图 ............................................................................ 16
2.3.3 系统时间管理程序流程图 ........................................................................... 17
2.4 磁场导向控制的坐标转换 ................................................................................. 21
3. 电机调适参数说明 .................................................................................................. 23
3.1 系统参数调适 ................................................................................................... 23
3.2 三相电流读取设定参数 ..................................................................................... 23
3.3 电机开回路运转设定参数 ................................................................................. 24
3.4 电机闭回路运转设定参数 ................................................................................. 28
3.5 顺逆风启动设定参数 ........................................................................................ 30
3.6 速度控制回路的 PI 设定参数 (产生 Iq 命令) .................................................. 31
3.7 电流控制回路的 PI 设定参数 (产生 Vd, Vq 命令) .......................................... 32
3.8 滑模估测器设定参数 ........................................................................................ 33
3.9 转子初始位置侦测设定参数 .............................................................................. 34
3.10 最大功率限制 ................................................................................................... 35
3.11 错误码处理的设定参数 ..................................................................................... 35
4. 电机实际运转验证 .................................................................................................. 36
AN02002
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在现今越来越强调环保节能的法规要求下, 新一世代的产品需要具备更高的高效性能, 在永磁无刷电
机驱动上亦是如此, 除了高效率的电机外, 电子组件及驱动算法也必须尽可能的高效。
为此灵动微电子提出了以 MM32 SPIN 系列 32 位微处理器开发的风机无位置传感器 FOC 弦波驱动解决
方案。以下表格为此方案所提供的电机驱动功能列表。
本篇内容分为四大部分, 电机驱动硬件的参考设计、软件设计、参数调适说明以及此风机驱动方案的实
际运转验证。
图 1. 无传感器风机驱动方案功能列表
控制方式
无位置传感器磁场导向控制 (FOC)
PWM 调制方式
SVPWM
角度估测
滑模估测器(SMO)
PWM 频率
10~20KHz
极对数
1~8 对极
电机转速
100-7200RPM (4 对极)
输出功率
1~100W
电流采样方式
1, 2 Shunt R 皆可
启动
支持转子初始位置侦测, 顺逆风启动, 有/无负载启动
保护功能
过流, 堵转, 总功率限制
开发软件
Keil C
代码大小
<18KBytes
代码运行时间
电流环 + FOC + SMO: 1 Shunt R ~45us, 2 Shunt R ~35us
AN02002
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1. 硬件参考设计
硬件系统由外部 24V 电源供电, 经过电源降压转换后提供 15V、5V 电压, 并将此二个电源电压输出分
别给予 Gate driver IC, 及 MM32 SPIN 系列微处理器。功率开关管则直接使用 24V 电源。
此方案采用 0~5V 的电压输入做为速度命令的来源, 以控制电机转速。 用户转动可变电阻旋钮(VR1, 请
见图 1)可以改变此输入电压值, 当输入电压值超过 0.7V 时电机将会启动, 当电压值低于 0.4V 电机将会关闭。
此方案的转速是经过此输入电压的变化加以控制, 目前规划为七段转速控制。
电机启动前会先量测电机的 U, V 两相的反电动势电压(BEMF), 并由此判断目前电机是在静止状态或是
旋转中。 若是在静止中则可以经过初始位置侦测后, 得知转子位置, 进而启动电机运转。 若电机是在旋转
中, 程序将会持续量测 BEMF U,V 的电压一段时间后, 经由计算得知此电机的转速及顺逆转方向, 之后才能
据此数据启动电机。
电机启动后, 将会透过运算放大器量测后得知三相的相电流 Ia, Ib, Ic, 并将此信息经过坐标轴的转换后
控制电机的力矩电流大小及相位。
电机进入闭回路运转后, 其运转的角度将由滑模估测器提供, 并藉由此获得电机速度的数据。此时若是
收到用户传来的电机停止命令, 程序并不会立即关闭 PWM 输出, 而是会自行降低目前的转速命令, 使实际
转速低于参数设定值后才会将 PWM 输出关闭。
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