上海東軟載波微電子ES32M0150電機(jī)控制芯片產(chǎn)品速遞
上海東軟載波微電子始終致力于為市場(chǎng)提供可靠性高的工業(yè)級(jí)MCU芯片,在拓展至電機(jī)控制領(lǐng)域推出了ES32M0150——入門(mén)款32位電機(jī)控制SoC芯片,具有資源緊湊,性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn),適合中低端電機(jī)控制應(yīng)用。
1. 芯片簡(jiǎn)介
ES32M0150是采用ARM 32位Cortex-M0內(nèi)核的微控制器,具有64KB FLASH和4KB SRAM。1路高級(jí)定時(shí)器AD16C4T,3路通用定時(shí)器GP16C2T,1路基本定時(shí)器BS16T。多達(dá)17個(gè)I/O,1路12Bit ADC(850KSPS),2路模擬比較器ACMP。2路USART, 2路I2C,1路SPI。
ES32M0150內(nèi)含專(zhuān)門(mén)用于200V 6N-MOSFET的三相柵極驅(qū)動(dòng)器HVG以及5V LDO,特別適合于電池供電的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。具有死區(qū)時(shí)間以及防止功率器件直通短路保護(hù)功能。
ES32M0150主要用于無(wú)感BLDC、有感FOC電機(jī)應(yīng)用,例如電動(dòng)工具、園林工具、電動(dòng)平衡車(chē)、水泵和風(fēng)機(jī)等電機(jī)控制領(lǐng)域。
2. 電動(dòng)扳手方案
2. 1 概述
電源
? 18V 鋰電池供電
電機(jī)
? 無(wú)感BLDC方波控制
特點(diǎn)
? 六步換相控制
? 啟動(dòng)力矩大
? 初始位置檢測(cè)
? BEMF過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)
? 速度閉環(huán)控制
? 多級(jí)硬件剎車(chē)保護(hù)電流
? 集成預(yù)驅(qū)可靠性高
功能
? 軟啟動(dòng)
? LED 照明
? 手柄開(kāi)關(guān)啟動(dòng)和自停
? 支持調(diào)速開(kāi)關(guān)
? 正反轉(zhuǎn)控制
? 過(guò)流保護(hù)
? MOS 管過(guò)溫保護(hù)
? 電池欠壓保護(hù)
? 電量指示
? 故障報(bào)警指示
2. 2 電動(dòng)扳手原理框圖
2. 3 六步換相
PWM控制方式(H-PWM-L-ON)
? 上橋臂PWM調(diào)制導(dǎo)通
? 下橋臂高電平導(dǎo)通
2. 4 信號(hào)采樣
PWM & ADC
? 四路高級(jí)定時(shí)器,均可工作在PWM中心對(duì)齊模式,其中三路定時(shí)器控制電機(jī)三相驅(qū)動(dòng),第四路的PWM比較匹配事件可靈活設(shè)置在三相PWM“ON”狀態(tài)的任意位置,第四路的PWM的比較匹配中斷作為外設(shè)互聯(lián)PIS的輸入信號(hào),由PIS自動(dòng)觸發(fā)插入組ADC轉(zhuǎn)換檢測(cè)斷開(kāi)相的反電動(dòng)勢(shì)。
? 采用PIS觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換的方式,ADC工作速度能做到850KSPS,占空比相對(duì)較小時(shí)也能滿(mǎn)足PWM“ON"區(qū)間采樣,能滿(mǎn)足一般低速要求的場(chǎng)合,適合大多數(shù)電動(dòng)工具的應(yīng)用。
? 消磁事件,換相后延時(shí)15°電角度再進(jìn)行PWM周期采樣,規(guī)避線(xiàn)圈產(chǎn)生的尖峰脈沖。
反電動(dòng)勢(shì)判斷過(guò)零
? 通過(guò)檢測(cè)各相反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn),就可以獲得轉(zhuǎn)子的幾個(gè)關(guān)鍵位置來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)霍爾傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)換相控制。
? 只要在每個(gè)60°內(nèi)檢測(cè)不通電那一相的電壓,即可檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)。
? 兩個(gè)換相點(diǎn)的中間都對(duì)應(yīng)一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)的極性改變的點(diǎn),即反電動(dòng)勢(shì)從正變化為負(fù)或者從負(fù)變化為正的點(diǎn),稱(chēng)為過(guò)零點(diǎn)。
? 利用反電動(dòng)勢(shì)的這個(gè)特性,只要我們能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn),將其延遲30°,即為需要換相的時(shí)刻。
建立閉環(huán)調(diào)速
? 每一相的反電動(dòng)勢(shì)都有兩種過(guò)零情況:從正變?yōu)樨?fù)和從負(fù)變?yōu)檎H喙灿辛N過(guò)零情況,對(duì)應(yīng)六種換相狀態(tài),這種對(duì)應(yīng)關(guān)系固定不變。
? 換相順序做成表,程序每檢測(cè)到一個(gè)過(guò)零點(diǎn),就通過(guò)查表來(lái)決定相應(yīng)的PWM和IO輸出,控制下一步哪兩相通電。
? 插入組ADC檢測(cè)切換到當(dāng)前的斷開(kāi)相繼續(xù)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn),如此循環(huán),直至建立穩(wěn)定的閉環(huán)。
? 過(guò)零點(diǎn)超前換相點(diǎn)30°電角度,因此在檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后,要先延遲30°電角度再換相。而相鄰兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是60°電角度, 通過(guò)測(cè)量的兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔, 就可以計(jì)算出換相時(shí)間。
? 當(dāng)閉環(huán)建立后, 通過(guò)軟件濾波,電機(jī)的轉(zhuǎn)速是漸變的,相鄰兩個(gè)換相周期的時(shí)間相差不會(huì)很大。
? 進(jìn)入閉環(huán)后,通過(guò)改變PWM的占空比即可調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,占空比越大轉(zhuǎn)速越高。
初始位置檢測(cè)
? BLDC電機(jī)的起動(dòng)方式是控制難點(diǎn)。由于電機(jī)繞組的反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速正相關(guān),當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí),BEMF也非常小以致很難準(zhǔn)確檢測(cè),本方案電機(jī)采用高頻注入法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始位置定位,以給定速度啟動(dòng)。
? 工作原理:對(duì)處于永磁體磁場(chǎng)中的線(xiàn)圈施加一個(gè)電壓,根據(jù)磁場(chǎng)方向的不同,產(chǎn)生的電流會(huì)增強(qiáng)或削弱磁場(chǎng)的強(qiáng)度,從而使線(xiàn)圈電感減小或增大。
? 實(shí)現(xiàn)方法:先將某一相繞組連接到高電平,另外兩相接地,這時(shí)產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)方向如圖所示。然后將接地的兩相繞組改接到高電平,原來(lái)接高電平的繞組接地,產(chǎn)生一個(gè)方向相反的磁場(chǎng)。兩種情況的通電時(shí)間都很短,轉(zhuǎn)子并不轉(zhuǎn)動(dòng),繞組中產(chǎn)生一個(gè)電流脈沖。比較這兩種情況下電流脈衝的大小,即可比較出兩次繞組電感的大小,從而可把轉(zhuǎn)子定位在180°的范圍內(nèi)。然后換一相電機(jī)繞組重復(fù)剛才的過(guò)程,把轉(zhuǎn)子定位在另外180°的范圍內(nèi)。三相繞組各進(jìn)行一次檢測(cè),三個(gè)范圍的重合處,即可確定轉(zhuǎn)子所在的60°范圍。
? 由于這種方法每次繞組通電的時(shí)間都很短,因此不會(huì)擔(dān)心過(guò)流的問(wèn)題。另外由于不會(huì)改變轉(zhuǎn)子位置,在轉(zhuǎn)子運(yùn)行的間隙中也可以用這種方法來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。
2. 5 總結(jié)
ES32M0150是上海東軟載波微電子推出的一款專(zhuān)用電機(jī)控制芯片,集成三相柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)MOSFET。芯片性?xún)r(jià)比高,用戶(hù)可以進(jìn)一步降低BOM成本,減小PCBA面積。內(nèi)置兩個(gè)模擬比較器,可靈活實(shí)現(xiàn)比較器過(guò)零檢測(cè)和硬件過(guò)流保護(hù)。注入組高速ADC滿(mǎn)足大多數(shù)低速電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合。
我司為客戶(hù)提供無(wú)感BLDC電動(dòng)工具開(kāi)發(fā)套件,通過(guò)靈活的參數(shù)配置,用戶(hù)可快速導(dǎo)入產(chǎn)品,縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。
參考設(shè)計(jì)板