新唐CortexM0的无传感器无刷直流电机驱动方案 点击:2651 | 回复:2



seamusjohn

    
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发表于:2013-01-21 10:24:36
楼主

新唐CortexM0的无传感器无刷直流电机驱动方案

有助于节约成本、提升效率、便于装配

项目背景:
1. 高性能和高效率电机控制技术是目前学术界和产业界研发的重点,旨在提高能效的使用率,为各行业的机械传动技术提供绿色应用。
2. 目前的电机驱动反馈方式包括:霍尔传感器方式、反电动势方式和正交编码方式以及矢量控制。从系统成本的角度考虑,从硬件成本上来说,反电动势方式和矢量控制方式都是低成本的,考虑到控制算法的复杂程度,本范例仅考虑反电动势控制方式。

因此,本项目基于NUVOTON ARM Cortex-M0 内核的 MINI52系列芯片,实现了反电动势过零检测【BTMF】技术,控制三相无刷直流电机,并结合 MOSFET 驱动等产品,提供完整的解决方案。

BLDC-Brushless DC Motor
无刷直流电机具有定子绕线和永久磁性转子。绕线连接到控制电子,且电机内部没有刷子和换向器。电子类似于换向器驱动适当的绕线;在围绕定子旋转的移动模式中驱动绕线。驱动的定子绕线引导转子磁性。

BLDC 电机效率更高,运行更快更安静,需要电子以控制旋转场。BLDC 电机制造成本更低,易于维护。

驱动BLDC 电机需要三相反向器。反向器包含三个半桥,使用辅助信号控制其高位和低位开关。在关闭高侧开关和开启低侧开关之间保有延迟是非常重要的。这将消除潜在的开关短路。

Sensorless VS Hall
无刷无传感器的驱动方式,相对于带有Hall的驱动具有以下优点:
?电机结构生产组装简单;
?检测维修方便;
?节约Hall 元件、节约外部线材;
?对高温环境的适应性强。

Sensorless BLDC的驱动也具有他的缺点,就是启动力矩小,驱动软件算法复杂。

正因为驱动算法较为复杂,所以本方案基于NUVOTON先进的32bit Cortex M0的处理器,该处理器的主要特点:

NuMicro MINI51系列是32位的微处理器,内嵌ARMCortex?-M0内核,可用于工业控制和需要高性能、低功耗的应用. Cortex?-M0ARM最新的微处理器,有32位的性能,但是价格只相当于传统的8位单片机.

NuMicro MINI51?系列最快可以跑到24MHz. 因而可以支持很广范围的工业控制和需要高性能CPU的场合. NuMicro MINI51系列内嵌4K/8K/16K字节程序flash,数据flash大小可配置(与程序flash共享) ,2K字节ISP flash2K字节SRAM.

为了降低成本,减小空间,NuMicro MINI51系列内嵌了很多外设,像:I/O口、定时器、UARTSPII2CPWMA DC、看门狗和低电压检测,另外还配备ISP (In-System  Programming) ICP  (In-Circuit Programming) 功能,让用户可以升级固件而不必将芯片从板子上取下.

方案描述:
?Motor:  3-phase Hall-less BLDC
?MCU:  Mini52-series MCU
?Control:  Hall-less Six-step Trapezoidal
?Application:  BLDC Fan
?Function:
    - Speed: Up to 5400 rpm (for 10 poles)
    - Clockwise & Counter-clockwise Operation
    - Startup with/against the Wind (/逆风启动)
    - Over-current Detection

系统框图:



过零点检测原理-基于BTMF

 


DEMO Board图片:

 

控制软件流程图:

 

行业产品应用案例:

 

 


电路原理图:

 

Mini51 32位微控制器选型:

关键特性:
宽电压工作范围2.5V 5.5V;工作温度: -40?C~+85?C;用于存储ISP引导代码的独立2k字节FLASH;独立4K字节数据FLASH区域。

应用领域: 
航模电调、光模块、工业控制、数据处理等。




jeoge

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lizh0520

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