FU6832有感启动无感运行FOC方案

FU6832 系列是一款集成电机控制引擎(ME)和 8051 内核的高性能电机驱动专用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等诸多硬件模块，可硬件自动完成电机 FOC/BLDC运算控制; 8051 内核用于参数配置和日常事务处理，双核并行工作实现各种高性能电机控制。其中8051 内核大部分指令周期为 1T 或 2T，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速 ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多种 TIMER、PWM 等功能，内置高压LDO，适用于 BLDC/PMSM 电机的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驱动控制。

只需简单的外围处理便可实现高效率的FOC电机驱动。FU6832的有感启动无感运行FOC驱动主要应用在各类低压风机上，典型应用如落地扇、空气净化器等。本方案主要介绍FU6832 MCU的有感启动无感运行FOC驱动的主要特性和使用方法，以及示例程序的控制特性和功能。

FU6832芯片特性：

• 双核：8051 内核和 ME；
• 指令周期大多为 1T 或 2T；
• 16kB Flash ROM、带 CRC 校验功能、支持程序自烧录和代码保护功能；
• 256 bytes IRAM，768 bytes XRAM；
• ME：比例积分/微分器(PI/PID)、BLDC 模块、FOC模块、MDU支持乘除法/低通滤波器（LPF）/三角函数的计算；
• 单周期 16*16 位乘法器，16 周期 32 / 16 位除法器；
• 4 级优先级中断、15 个中断源；
• GPIO：

FU6832L：35 个 GPIO；

•  定时器：

2 个通用带抓捕功能可编程定时器；

1 个支持 QEP 解码编程定时器；

1 个 BLDC 电机专用定时器；

1 个通用定时器；

1 个 RTC 定时器；

1 个 SPI；

1 个 I2C；

2 个 UART，其中 UART2 支持 LIN Slave 模式和 Pin 功能转移；

2 通道 DMA，支持用于 I2C/SPI/UART 数据传输；

• 模拟外设：

12 位 ADC，1uS 转换时间，可选择内部 VREF、外部 VREF 作参考电压；

ADC 通道数：

FU6832L：14 通道；

内置 VREF 参考，可配置 3V、4V、4.5V、VDD5；

内置 VHALF(1/2 VREF)参考输出；

3 个独立运算放大器，其中 AMP0 可配置为自动增益放大器；

3 路模拟比较器；

DAC: 1 路 9 位，1 路 6 位；

• 驱动类型：

3P3N Predriver 输出；

• BLDC 控制支持自动换相、逐波限流，支持 HALL、BEMF 位置检测；
• FOC 驱动支持单电阻、双电阻、三电阻电流采样；
• FOC 驱动支持过调制；
• 时钟：

系统时钟为内置 24MHz±2%精准时钟；

内置 32.8kHz 低速时钟；

• Watch-dog；
• 两线制 FICE 协议提供在线仿真功能；

图1 FU6832L 功能框图

FU6832的有感启动无感运行FOC应用特点：

• FOC固化，运行速度快：运行使用无感运行方式，无感FOC的所有运算都是硬件实现，节约了软件运行时间，最高PWM频率可达50KHz，可应用于超高速电机；
• 控制精度和效率高：FOC采用Q15格式，角度360°扩展到2^15，角度分辨率可达0.01°，可对电机实现高精度控制；优化的位置估算算法可实现控制高效率；
• 静音效果好：FOC算法可以精确控制驱动电流为光滑正弦波，转矩脉动小，可加入死区补偿，实现超静音工作；
• 启动特性好：启动使用有感启动方式，在转速达到最高转速的5%~10%且估算角度在一定范围内时切到无感运行模式，保证了启动可靠性和平稳性；启动速度快，启动时间比常规启动方式短50% ；
• 最低转速更低：电机在转速太低时，其运行电流和反电动势很小，采用无感运行方式控制误差太大，对于有感启动无感运行方案，在要求转速做到更低时（例如要求五对极电机要求跑50RPM。），可切换到有感运行方式；
• 硬件电路简单：内部集成高速运算放大器、高压 LDO和Pre-Drive，可以直接连接MOS管驱动电机，简化外围电路，降低产品成本,提高系统的可靠性。

有感启动无感运行FOC方案应用：

为方便客户开发，峰岹公司在基于FU6832开发了有感启动无感运行FOC驱动方案示例程序，其具备以下特性：

1. 启动控制

（1） 通过霍尔检测电机初始状态，在满足转速达到最高转速的5%~10%且估算角度在一定范围内条件之前，使用有感FOC控制方式，实现动态启动（包含顺风启动和逆风启动），提高启动可靠性

（2） 为了减小启动噪音，有感启动也采用正弦波驱动方式，在霍尔两个状态之间的角度增量通过上一拍的转速计算得到

（3） 可根据需要调整启动力矩和启动时间

（4） 启动使用电流闭环控制方式，可实现宽电压启动，可设定最大启动电流限流

2. 控制方式

（1） 电流闭环为内环，恒风量控制、恒转矩控制、恒速度控制、恒功率控制等多种控制可选为外环。

（2） 调速接口有：SREF模拟调速，PWM调速，Clock调速、IR红外调速，UART串口调速。

3. 状态显示

通过LED亮灯状态表示系统运行状态和故障信息。

4. 保护控制

内部包含全面的保护，可根据需要选择使能对应的保护，再根据实际情况微调即可。

（1） 过压保护：大于过压电压门限触发过压保护，小于恢复电压门限系统重启

（2） 欠压保护：小于欠压电压门限触发欠压保护，大于恢复电压门限系统重启

（3） 过流保护：大于过流电流门限触发过流保护

（4） FO保护：大电流冲击触发硬件过流保护，系统不重启

（5） 堵转保护：可设定堵转重启时间，以及堵转重启次数

（6） 缺相保护：电机线接触不良时，可实现缺相保保护，重启时间和次数可设定

（7） 过温保护：大于过温设定值触发过温保护，小于温度恢复值系统重启

（8） 过功率保护：过功率保护可以选用过输入功率保护和过输出功率保护，当功率到达设定功率保护阈值时，可采用降速处理或停机处理

（9） 运放偏置电压异常保护：控制板上电后，在电机运行之前，先读取运放的输出是否在正常范围内，如果不是则报错，电机不启动

5. 用户接口

内部包含多种用户接口方式，可根据需要选择使能对应的接口，实现控制需要。

（1） Key接口：定义按键接口，按键扫描给出Key命令，用户可自定义Key命令，如ONOFF、FR控制命令，加减速等。

（2） SREF接口：ADC采样电位器值，给出SREF命令，用户可自定义SREF命令，如

闭环Speed参考值

（3） PWM接口：捕获PWM信号，获取PWM Duty，给出PWM命令，用户可自定义PWM命令，如闭环Speed参考值

（4） Clock接口：捕获PWM信号，获取PWM 的频率，给出PWM命令，用户可自定义PWM命令，如闭环Speed参考值

（5） IR接口：定义红外接口，红外扫描接收红外数据后给出IR命令，用户可自定义IR命令，如ONOFF、FR控制命令，闭环Speed参考值

（6） UART接口：UART扫描接收UART数据并给出UART命令，用户可自定义UART命令，如ONOFF、FR控制命令，闭环Speed参考值

（7） Buzzer接口：定义蜂鸣器接口，蜂鸣器扫描接收控制命令，实现报警或者提示音控制，用户可自定义，如按键提示音控制、档位提示音控制。

6. 调试接口

在默认功能特性情况下，程序给出Customer.h文档作为用户调试接口，用户只需修改相应参数便可实现电机通用功能控制。

评估板FU6832包含：

1、 FU6832 DEMO板

2、 FU68XX 仿真器

3、 有感启动无感运行FOC应用方案调试手册

图2 FU6832板

原理图：

图3 FU6832板原理图