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基于FU6812系列双核MCU的三相有感FOC驱动方案,高效运行降低噪音

02/24 10:22
2029
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基于FU6812系列双核MCU的三相有感FOC驱动方案,高效运行降低噪音.docx

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[相关器件] IS42S16320F-6BLI-TR

DRAM存储器,IS42S16320 - 512M, 3.3V, SDRAM, 32Mx16, 166MHz, 54 ball BGA (8mmx13mm)

FU6812是一款集成8051内核和电机控制引擎(ME)的高性能电机驱动专用芯片,8051内核处理常规事务,ME处理电机实时事务,双核协同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、双高速ADC、乘/除法器、CRC、SPII2CUART、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。

FU6812区别参考Driver,FU6812为Gate Driver输出。

FU6812有不同封装形态:FU6812L(LQFP48)、FU6812N(QFN32)、FU6812S(SSOP24)、FU6812P(LQFP32)

FU6812芯片特性:

FU6812L:

单电源高压模式(VCC_MODE=0).  VCC= 5~24V

双电源模式(VCC_MODE=1), VCC≥VDD5.  VCC= 5~36V, VDD5=5V

单电源低压模式(VCC_MODE=1).  VCC=VDD5= 3~5.5V

FU6812N/S/P:

单电源高压模式:VCC= 5~24V

单电源低压模式:VCC=VDD5= 3~5.5V

  • 双核:电机专用引擎ME和8051内核。ME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
  • 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:集成低通滤波器(LPF)、比例积分器(PI)、BLDC模块、FOC模块
  • 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

FU6812L:34个GPIO

FU6812N: 20个GPIO

FU6812S: 12个GPIO

FU6812P:21个GPIO

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

  • I2C/SPI/UART接口,可配置DMA支持
  • 模拟外设:

12位ADC,0.9uS转换时间,可选择内部VREF、外部VREF作参考电压

ADC通道数:

FU6812L:12通道

FU6812N: 7通道

FU6812S: 5通道

FU6812P: 9通道

内置VREF参考,可配置3V、4V、4.5V、VDD5(FU6812N/S/P只能选择VDD5为内部参考)

内置VHALF(1/2 VREF)参考输出(FU6812S无此特性)

3个独立运算放大器(FU6812N/S为1个独立运算放大器)

3路模拟比较器

8位DAC

  • 驱动类型:

Gate Driver输出(适用于FU6812L/N/S/P)

  • 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(FU6812N/S只支持单电阻电流采样)
  •  FOC驱动支持过调制
  • 时钟:

系统时钟为内置24MHz±2%精准时钟

  • Watch-dog
  • 两线制FICE协议提供在线仿真功能

图 1-1 FU6812L功能框图

FU6812的FOC应用特点:

  • FOC固化,运行速度快: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(>120000RPM);
  • 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,可实现超静音工作;
  • 启动特性好:根据负载转矩变化调整启动力矩和启动方式,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% ;
  • 硬件电路简单:内部集成高速运算放大器、高压 LDO和Gate Driver,简化外围电路,降低产品成本,提高系统的可靠性。

FOC方案应用:

为方便客户开发,峰岹公司在基于FU6812开发了有感FOC驱动方案示例程序,其具备以下特性:

  1. 启动控制

(1) 检测电机初始状态,实现动态启动(包含顺风启动和逆风启动)

(2) 侦测负载转矩变化调整启动力矩,提高启动可靠性

(3) 可根据需要选择方波或者正弦波启动

(4) 可设定最大启动电流限流

  1. 角度控制

(1) 可设定角度偏置量,适应电机的各种Hall安装位置,以及修正Hall安装偏差提高电机效率

(2) 可根据电机转速补偿角度,提高电机在各个工作点的运行效率

  1. 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,IR红外调速,UART串口调速。

  1. 状态显示

通过LED亮灯状态表示系统运行状态和故障信息。

  1. 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

  1. 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) 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

(5) 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

(6) 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。

  1. 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。

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