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H 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ARM? Cortex?-M0内核，可用于工业控制和需要高性能、低功耗的应用. Cortex?-M0是ARM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 flash，2K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、UART、SPI、I2C、PWM、A DC、看门狗和低电压检测，另外还配备ISP (In-System  Programming) 和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 (顺/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 至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。