基于STM32的300W無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

如何驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)？

近些年，由于無刷直流電機(jī)大規(guī)模的研發(fā)和技術(shù)的逐漸成熟，已逐步成為工業(yè)用電機(jī)的發(fā)展主流。圍繞降低生產(chǎn)成本和提高運(yùn)行效率，各大廠商也提供不同型號(hào)的電機(jī)以滿足不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)階段已經(jīng)在紡織、冶金、印刷、自動(dòng)化生產(chǎn)流水線、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)生產(chǎn)方面應(yīng)用。

無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與局限性

優(yōu)點(diǎn)：高輸出功率、小尺寸和重量、散熱性好、效率高、運(yùn)行速度范圍寬、低電噪聲、高可靠性和低維護(hù)要求、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、電磁干擾少。

局限性：無刷電機(jī)控制器昂貴、需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、需要額外的位置傳感器(FOC不用)。

無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法

無刷直機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式按不同類別可分多種驅(qū)動(dòng)方式。

按驅(qū)動(dòng)波形：方波驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)方便，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)無位置傳感器控制;

正弦驅(qū)動(dòng)：這種驅(qū)動(dòng)方式可以改善電機(jī)運(yùn)行效果，使輸出力矩均勻，但實(shí)現(xiàn)過程相對(duì)復(fù)雜。這種方法又有SPWM和SVPWM(空間矢量PWM)兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

300W直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

使用STM32G431微控制器做為主控芯片，STSPIN32G4 高性能半橋門驅(qū)動(dòng)器做為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。STSPIN32G4使用9x9mm VFQFPN封裝，具有豐富可編程功能，可實(shí)現(xiàn)電流傳感，每個(gè)功率MOSFET的漏源極電壓傳感，以及過流保護(hù)，是做電機(jī)完全集成控制的解決方案。

外部接口

板子使用標(biāo)準(zhǔn)的Arduino連接器接口，能夠與擴(kuò)展板(如MEMS傳感器或藍(lán)牙收發(fā)器)進(jìn)行組合，CAN總線的配置允許與主或從模塊進(jìn)行互連，可以構(gòu)建復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。板載ST-LINK/V2編程器方便進(jìn)行固件的調(diào)試。

應(yīng)用范圍

方案支持配置為三分流或單分流，支持無傳感器和基于傳感器的控制算法。

可應(yīng)用于工業(yè)和家庭自動(dòng)化，家用電器，如吸塵器、烘干機(jī)和清潔機(jī)器人，伺服驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)自行車，電動(dòng)和園藝工具，泵與風(fēng)機(jī)，無人機(jī)和航模。

技術(shù)參數(shù)

32位ARM Cortex -M4 MCU+FPU

時(shí)鐘頻率高達(dá)170MHz

用于三角函數(shù)的CORDIC數(shù)學(xué)硬件加速器

128kB Flash內(nèi)存，專有代碼讀出保護(hù)

32kB SRAM內(nèi)存與硬件奇偶校驗(yàn)

兩個(gè)先進(jìn)的定時(shí)器電機(jī)控制，16位，多達(dá)六個(gè)PWM通道

八個(gè)通用定時(shí)器

兩個(gè)adc 12位分辨率(多達(dá)19個(gè)通道)，轉(zhuǎn)換速率為4Msps

4個(gè)12位DAC通道

全套接口(I(2)C, SPI, UART, CAN)

3.3V LDO線性穩(wěn)壓器，最高150mA

低靜態(tài)線性穩(wěn)壓器的MCU電源在待機(jī)模式

具有全套保護(hù)功能的監(jiān)控機(jī)制，熱停機(jī)、短路和過載保護(hù)

75V額定柵極驅(qū)動(dòng)器，1A接收器/源電流和嵌入式自舉二極管

每個(gè)功率MOSFET的漏源極電壓傳感

輸入母線電壓從10V到75V，配有專用監(jiān)控

功率級(jí)基于STL110N10F7功率MOSFET，輸出電流高達(dá)20Arms(安裝散熱器)，并保護(hù)過流條件

三分流或單分流配置電流傳感

數(shù)字霍爾傳感器和正交再編碼輸入

ST-LINK/V2編程器和調(diào)試器

Arduino UNO連接器

易于使用CAN總線

用于功率級(jí)溫度監(jiān)測(cè)的NTC傳感器

參考設(shè)計(jì)資料

原理圖：

Gerber文件：

BOM文件：

資料下載：

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審核編輯：湯梓紅