STM32实现FOC直流无刷BLDC电机-外围电路

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永磁同步电机和无刷直流电机(BLCD)具有更高效、运行更安静、扭矩波动小、响应速度快、更可靠等优点,正用于越来越多的应用,替代直流有刷电机。尽管结构不同,但所有三相永磁电机(BLDC、PMSM或PMAC)都是由脉冲宽度调制(PWM)的三相桥(三个半桥)驱动,以便采用频率幅度可变的电压和电流为电机供电。随着工业4.0和物联网(IoT)的快速发展,以及对更高
电机控制效率的迫切需求,无刷直流(BLDC)电机越来越多地应用于各种应用领域。样例包括:
工业和自动化,用于鼓风机、冷却风扇和工业机器人
新兴高科技,用于无人机、万向节控制和仓库协作机器人
家庭应用,用于电动和自动化工具及真空吸尘器

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面向三相无刷直流(BLDC)电机的半导体STSPIN驱动器,包括三相桥配置的功率驱动器和带有适用于霍尔效应传感器的内置解码逻辑的集成解决方案。我们的BLDC电机驱动器还配有PWM电流控制器,可通过来自电机或运动控制系统主机(微控制器、DSP或FPGA)的运动指令驱动BLDC电机。除了集成功率MOSFET和相关驱动电路,驱动器还具有防过热、过电流和欠压情况发生的保护和诊断特性,提升设计的稳定性和可靠性。STSPIN三相BLDC电机驱动器IC可提供多种节省空间的散热增强型封装,为各种额定电压和电流范围的电机和运动控制系统提供优化的即用型解决方案。

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1.奥鲲电子选用主控芯片STM32F401RET6做的一款BLDC直流无刷600W驱动器.

技术参数

32位ARM® Cortex™-M4 的 MCU;动态 Efficiency™ 微控制器可用于医疗、消耗品和工业应用;USB 2.0 OTG FS/HS、USART、SPI、I²C、SDIO、I²S。

256kB Flash内存,专有代码读出保护

64kB SRAM内存与硬件奇偶校验

12 位 ADC、16 位/32 位计时器

低静态线性稳压器的MCU电源在待机模式

具有全套保护功能的监控机制,热停机、短路和过载保护

数字霍尔传感器和正交再编码输入

ST-LINK/V2编程器和调试器

易于使用CAN\RS485总线

用于功率级温度监测的NTC传感器

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上述为原理图部分,下图为原理图接口定义配置。

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一个驱动器好不好用在于PCB布局上,大功率影响太多信号采样及芯片信号稳定性;在PCB布局上有所考究。(1A电流模拟GND与VBAT正向电压间距>10mil;以铜厚35um,基本可以于1比1的比例进行设计,也就是1A的电流可以以1mm的比例导线来设计,对应10A电流;导线最少为30mil)

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PCB布局总结点:

(1)对于易产生噪声的,例如时钟发生器和晶振等高频器件,尽量放置在靠近CPU的时钟输入端。底部不要布线

(2)大电流电路和开关电路也容易产生噪声,这些应该远离逻辑控制电路和存储电路等高速信号电路,尽量把控制板和功率板的分开,利用接口来连接。

(3)高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。一般环境中的间隙安全电压为200V/mm,也就是5.08V/mil。所以板子上的高压和低压之间要注意足够的安全间距。

(4)在电源和芯片周围尽量放置去耦电容和滤波电容。印制电路板的走线、引脚连线和接线都有可能带来较大的寄生电感,导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺。对于电源转换芯片,或者电源输入端,布置一个10uF或者更大的电容,以进一步改善电源质量。

(5)导线通过两个焊盘之间而不与其连通的时候,应该与它们保持最大且相等的间距,同样导线和导线之间的间距也应该均匀相等并保持最大。

(6)当印制导线的铜膜厚度为0.05mm时,印制导线的载流量可以按照20A/mm2进行计算,即0.05mm厚,1mm宽的导线可以流过1A的电流。

所以对于一般的信号线来说10~30mil的宽度就可以满足要求了;高电压,大电流的信号线线宽大于等于40mil,线间间距大于30mil。电源线和地线的宽度尽量加粗,一般情况下至少需要50mil。为了保证导线的抗剥离强度,在板面积和密度允许的范围内,应该采用尽可能宽的导线来降低线路阻抗,提高抗干扰性能。(当然还可以开窗铺锡解决)

(7)导线上的干扰主要有导线之间引入的干扰、电源线引入的干扰和信号线之间的串扰等。走线及接地方式要干净,具备好的电磁兼容性。

(8)对于高频或者其他一些重要的信号线,例如时钟信号线,可以采用走线要尽量宽、包地的形式使其与周围的信号线隔离起来(用一条封闭的地线将信号线“包裹”起来)
 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-793952.html

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