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分享一個低成本FOC控制方案,很清晰

  • 2023-04-24 09:10:00
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通常小體積封裝的MCU有著成本較低的優(yōu)勢,被廣泛用于BLDC電機(jī)的六步方波控制中,此類應(yīng)用對MCU的各類資源要求較低,小體積封裝的MCU往往能夠勝任。

而基于FOC的PMSM電機(jī)開發(fā)中,對MCU的運(yùn)算能力和ADC速度等各類資源有著較高的要求,大部分現(xiàn)有的小體積封裝MCU無法滿足此類需求。


沁恒微電子的青稞RISC-V處理器全棧MCU系列產(chǎn)品中,CH32V203F8和CH32V203G8兩款小封裝V203芯片的推出,能夠滿足上述需求。


以TSSOP20封裝的CH32V203F8為例,系統(tǒng)主頻最高可達(dá)144MHz,支持單周期乘法和硬件整數(shù)除法,硬件整數(shù)除法在9個指令周期內(nèi)完成,有著遠(yuǎn)強(qiáng)于普通MCU的處理能力,完全能夠快速處理FOC控制的復(fù)雜運(yùn)算;


  • 內(nèi)置64KB Flash和20KB RAM,完全能夠滿足絕大部分FOC控制所需的存儲資源;
  • 內(nèi)置2個獨(dú)立12位ADC,有著9路可配置采樣通道,采樣速度最高可達(dá)1M/S,能夠完成FOC控制的高速采樣要求;集成1路高級定時器接口,可用著電機(jī)控制輸出;
  • 內(nèi)置1組8路通用DMA,可用著定時器和ADC協(xié)同工作,特別是用于單電阻方案中電流采樣控制;
  • 內(nèi)置2個OPA,可用著電流放大和短路保護(hù);
  • 可選配置1路USB或SWD或IIC或UART接口,用于配合虛擬示波器進(jìn)行波形觀測、代碼仿真或下載、外部數(shù)據(jù)交換等。


以CH32V203F8為控制MCU的單電阻無感方案硬件原理圖如下:


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圖1. 主控MCU


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圖2. 預(yù)驅(qū)電路


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圖3. 逆變器及母線電流采樣電阻


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圖4. 母線電流放大采樣及過流保護(hù)


如圖4所示,母線電流經(jīng)過差分放大電路放大后,可以直接通過所在運(yùn)放輸出腳的ADC采樣,如PA4選擇為OPA2的輸出腳,也可以啟用ADC4進(jìn)行采樣。OPA1的輸出腳,可配置內(nèi)部直連高級定時器1的BKIN腳。


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圖5. 端電壓檢測


如圖5所示,利用ADC0、ADC1和ADC2三個通道對端電壓進(jìn)行采樣,可以用于順逆風(fēng)啟動時的位置判斷,這三個引腳同時也是通用定時器2的捕獲輸入通道。


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圖6. 母線電壓檢測


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圖7. 電源供電


如圖7所示,得益于CH32V203的低運(yùn)行功耗,可用LDO直接進(jìn)行15V轉(zhuǎn)3.3V,在U9輸入端加RC電路,可以增強(qiáng)MCU電源穩(wěn)定性,并承擔(dān)部分耗散功率。


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圖8. 外部接口


如圖8所示,MCU的1&2腳為多功能復(fù)用引腳,內(nèi)部可通過代碼配置為SWD、USB、I2C、串口或普通IO,實(shí)現(xiàn)代碼下載調(diào)試、虛擬示波器波形觀測等功能。


如上所述,雖然CH32V203F8等小封裝MCU,引腳較少,但能滿足電機(jī)控制的基本外設(shè)需求,并有著同封裝MCU不具備的主頻等優(yōu)勢,可靈活應(yīng)用在低成本電機(jī)FOC控制領(lǐng)域。