方案特色:

• ARM Cortex-M0高性能電機驅(qū)動專用芯片

• 32K字節(jié)閃存、4K字節(jié)存儲器、72MHz高速運行,并自帶除法器、ADC、比較器…等

• 120/150度無傳感方波驅(qū)動

• 電機轉(zhuǎn)速可達100,000rpm (2極電機)

• 速度命令輸入可為模擬電壓或PWM信號

• FG輸出

• 定轉(zhuǎn)速或恒功率運轉(zhuǎn)

• 完整的保護機制: 過流保護、堵轉(zhuǎn)保護、過壓/欠壓保護

• 水泵專屬特點:

• 空載時，以高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生大吸力將水提上來

• 帶載時，以高扭矩滿足量程的要求

圖1. 左圖：常見的24V/13W小型水泵；

右圖：采用MM32SPIN05TW的驅(qū)動板

2.    無傳感方波驅(qū)動技術(shù)原理

在此介紹無傳感方波驅(qū)動的技術(shù)原理與實現(xiàn)方法。

相電壓與霍爾信號的對應關(guān)系

帶傳感器(霍爾組件)的方波驅(qū)動，MCU可藉由霍爾信號的變化取得轉(zhuǎn)子的位置以正確換相。當無霍爾組件時,該如何取得轉(zhuǎn)子的位置呢？觀察下圖之帶霍爾組件的方波驅(qū)動波形，換相點皆位于霍爾狀態(tài)改變之際,如藍色虛線所示.同時亦可發(fā)現(xiàn),在霍爾狀態(tài)維持不變的期間，必有一相"未被驅(qū)動"而慣性地轉(zhuǎn)動并呈現(xiàn)發(fā)電機狀態(tài),如紅色指標所示。這段"未被驅(qū)動"的期間極為有用,我們將利用它的電壓變化來取代霍爾組件的功能。

圖2. 相電壓與霍爾信號的對應關(guān)系

過零點偵測取代霍爾信號

本節(jié)要教大家如何利用這段"未被驅(qū)動"的慣性轉(zhuǎn)動區(qū)的電壓變化來取代霍爾組件的功能.請參考下圖,首先我們定義"Zero-crossing Point(過零點)"，如紅點所示."過零點"這個名稱的由來是：該點位于某相"未被驅(qū)動"期間的正中央,相電流在它之前30度(換相前)與它之后30度(換相后)的流向是相反的。因此,若能偵測到該點的位置,則再延遲30度便是下一個換相點,這樣就可以取代了霍爾組件的功能了！

再觀察下圖，過零點所在位置的相電壓(PWM信號為High時)，約略是DC_bus的1/2,我們可以使用MCU的ADC采樣功能來執(zhí)行這項偵測工作，下一節(jié)將說明具體的實現(xiàn)方法.注意：下圖ㄇ字型黑框的凹陷或凸起的相電壓變化，是因為換相瞬間的電流變化作用于電機的繞組所造成的(V=L*di/dt),必須避開后才可進行過零點偵測。

圖3. 過零點偵測取代霍爾信號

過零點偵測之實現(xiàn)方式

使用MCU的ADC來偵測過零點之前,必須先對相電壓做分壓,再經(jīng)過低通濾波以獲得位準低于5V的直流電壓.而判斷過零點的閾值，則設(shè)置為該直流電壓幅值的1/2. 隨著電機轉(zhuǎn)速與負載的不同,該直流電壓的幅值是會改變的.因此,過零點的閾值也隨之在調(diào)整，這可由MCU實時采樣并計算而得.示意圖如下：

圖4. 過零點偵測之實現(xiàn)方式

3.     硬件設(shè)計

基于MM32SPIN05TW之無傳感方波驅(qū)動于"小型水泵"的電機驅(qū)動板參考原理圖如下：

圖5. 基于MM32SPIN05的中小功率水泵

電機驅(qū)動板原理圖

4.     電壓波形

本應用案例采用120度方波驅(qū)動,在空載和帶載時的相電壓波形如下: (轉(zhuǎn)速分別是12000rpm和5500rpm)

圖6. 空載和帶載時的相電壓波形

 5.     結(jié)論

MM32SPIN05系列是靈動微電子推出的基本型高性能電機驅(qū)動專用芯片，能滿足大多數(shù)方波/弦波算法的需求.