简介 基于 MM32SPIN360C 电机开发板驱动无感 BLDC 电机的说明文档，分为硬件平台介绍，原理分析，以及软件架构解析，用于描述 MM32SPIN360C 的电机相关硬件介绍及外设应用参考例程，包含无刷电机相关基础理论单个外设的例程，比如 ADC、TIM 等，也包含电机控制应用中需要的外设互连框架设计，比如 ADC、TIM之间的互联。文档内容以外设配置程序逐行解释、电机配置、测试方式和测试结果为主。 Demo 例程中为电机提供的功能有： 顺逆风启动、过流保护、过压保护、恒流运转、恒功率运转、恒速运转、急加速、按键正反转、ppm调速、电位器调速、FG信号输出、电机蜂鸣。 本文档介绍基于 MM32SPIN360C 硬件平台及无感方波理论技术讲解，MM32SPIN360C 软件驱动及电机调参等相关介绍将于下一篇博文讲解。 一 硬件平台 本软件使用的开发板是世平集团基于MM32SPIN360C的低压无刷电机驱动的开发板。 MM32SPIN360C 是 Arm® Cortex®-M0 为内核的 32 位微控制器，最高工作频率96MHz。 VCC引脚内置LDO输出电压为5V为MCU提供工作电压。 128KB Flash。 12KB RAM。 12 位的 ADC，采样速度高达 1Msps。 5 个通用定时器、2 个针对电机控制的 PWM 高级定时器。 1 个 I2C 接口、2 个 SPI 接口和 2 个 UART 接口。 针对电机应用内置 3 个运放，3 个比较器。 预驱工作电压高达 60V。 方案链接：https://www.wpgdadatong.com/solution/detail?PID=7090 1.2核心硬件原理图 我们需要按照红色框内的连接方式来连接跳帽，以实现用 ADC 来采集反电动势过零点，获取转子位置信息。
2.1机械角与电角度的关系 2.1.1 机械角 机械角就是电机转一圈的角度，它的范围是 0-360 度。 2.1.2 电角度 从转子来看, 转子上分布有 N 对磁铁，电角度以一对磁铁为基准，形成电磁场的绕组经过一对磁铁的 N 极、S 极、再回到另一对磁铁的N极时，完成从N、S、再到 N 极一对磁钢的跨越，这就是电角度的一周。从 N 极只到 S 极，则转子只运行了 180°。一台电动机的转子转动一圈有多少电角度，视磁铁磁对数而定，只有一对磁铁时，电角度和机械角度一致，有两对磁铁时，为 2X360°。 2.2 换相时序 2.2.1 正向旋转 (1) U->V 2.2.2 反向旋转 (1) U->W 注：换相时机取决于转子的位置，与转速无直接关系。 2.3 导通角，延时 30° 角，超前角，中点电压的关系 2.3.1 导通角 电机在换相时序过程中，最佳的换相时间。 2.3.2 延时30°角 假设两次换相之间速度不变，则延时的时间就是两次过零点间隔的一半。 如：占空比突然加大了，转速也是慢慢加上去，所以相邻两次换相的换相间隔是不会突变的，所以需要记下上一次的换相间隔，然后检测到过零点之后再延时所记下间隔的一半时间再换相。 3.超前角 提前于导通角多少度（最高为 30°）。 一般来说：在电机高转速情况下，需要在每个换相点（导通角）前插入一定的超前角（程序中的 Lead Angle）以达到在电机带负载情况下，在工作转速（或范围）下找出电机效率最高（输出功率/输入功率）、电机噪音和震动最小的状态。 2.3.4 中点电压 电机正常运转时，电机三相输入电压，输入电压/2 处就是过零点。当PWM波的占空比不是 100% 时，这里的输入电压应再乘以占空比的百分数。 注：在程序中根据转速动态调整'补偿角'和'延时角（角度会转变为时间变量做计算）。 举例：PWM 基本周期频率 20KHz(50μs)，7 极对电机，在转速 2000r/m 时，求角度变化值 (3):1/233.33 = 4.28ms (每个电周期需要的时间) (4):4.28ms/6 = 713μs (每 60 度需要的时间) (5):713μs/50μs = 14.2次 (每 60 度内 PWM 周期的次数) (6):60°/14.2=4.2° (每个 PWM 周期增加的角度值) 2.4反电动势，过零点 2.4.1对同一个电机来说，反电动势峰值跟电机转速几乎是固定的比例。  2.4.2如上图所示 此时的驱动逻辑是 U->V ,可得 Vu=VCC，Vv=0V。EU, EV, EW 为电机三相反电动势电压，Vu, Vv, Vw 为三相半桥中点电压，也就是电机三相输入电压。Ul, Vl, Wl 为电机三相相电感，iu, iv, iw为电机三相输入电流，Ur, Vr, Wr 为电机三相输入电阻(考虑三相电阻相等), Vn 为电机三相中点电压。 推导过程: 2.5.1第一种方法 在开环启动的状态下，转速达到一定后，根据标题三中的举例计算出每 60° 需要的时间，预设换相时间，接下来的换相后设置定时器，检到过零点后，读出时间值，当前时间值再减去基于速度配置中的 30° 延时角与补偿角的差，换相进入闭环。 2.5.2第二种方法 在开环启动的状态下，转速达到一定后，检到过零点后就立即换相，这样处理器会省点事，电机照样正常运转，只是可能稍损失一点电源效率，过大的噪声和震动等。 2.6.1调节转速 电机的转速与 KV 值有关，也就是与供电电压基本是成比的，电机某一相通电时，只要调节 MOS 管的导通占空比，相当于调压，也就实现了调速。 2.6.2转速的计算方法 例：7 对极电机每 1 个 ms 换相一次 2.7.1电机工作状态分析 在电机静止时，无法知道转子当前的实际位置的，从而也无法判断到底该通哪两相电进行驱动。原因就在于反电动势检测只有在电机正常转起来之后才能正常工作。而且在低速状态下，反电动势输出极低，波形也比较乱，从而也无法用反电动势过零检测法进行换相。你必须确保在开环的情况下，使电机运行到一个比较快的速度，等反电动势波形输出正常了，然后才能利用反电动势的过零检测换相使电机正常工作和换相。 2.7.2三段式的驱动方式 (1):预定位 (3):开环切入闭环阶段 2.8.1软减速 在电机运行状态下逐渐将 PWM 占空比降低，以达到减速。 2.8.2硬刹车 使 U,V,W 三相短路（上臂同时关断，下臂同时导通），以达到刹车。 三、总结 本文介绍了如何在灵动微的 MM32SPIN360C 这款 MCU 下， 采用 ADC 检测电机的反电动势，计算出转子位置，实现无速度传感器的无刷电机方波驱动的方法。本文档主要是硬件平台介绍与实现技术分析，关于软件 demo 分析、调参等，详见下篇博文。 四、参考文献 (1) SPIN360C Datasheet (2) 灵动微官网MM32SPINMCU 无感方波 BLDC 电机驱动原理篇文档简介 |
