1KW英飞凌BLDC电动工具套装之电机转转转

duchunyang-3668

上一篇中以经聊过电动工具套装的外在印象及基本功能分析，本篇主要介绍如何使用电动工具套装，也就是如何把利用电动工具套装将电机转起来，希望本人的这些体会会对感兴趣的朋友有帮助。
1、准备电机

首先打开电动工具套件，盒子里面包含1电动工具驱动控制Demo板、2 FTDI（USB转UART-TTL）下载线、3U盘（存DEMO板相关资料）及扁平线。电动工具套装中只有电机驱动及控制部分，还需要找一台电机。


由于手头没有功率等级完全一致的方波无刷电机电机，只好拿一台风机用无刷电机来替代，因参数匹配问题无法完全体现工具套装的输出能力，只能初步演示工具套装工作状况，下表给出了风机无刷电机的简要的参数。

表1风机电机基本参数
额定电压	27VDC
额定电流	≤7 A
电压范围	16V-32V DC
额定转速	2840rpm±7%
工作环境	-40℃   到 70℃
电机转向：	单向(顺时针)
系统外形尺寸：	长*宽*高=￠330*95mm3
风机总重量	≤2.3Kg

2、驱动控制板的准备工作

首先，按着U盘中的说明文档 “英飞凌1kw电动工具\01_User Manual - 1kW BLDC Power Tool Kit”，根据文档第9页和第10页内容准备好导线，先把功率部分的电源线及到电机的三路输出线焊好，如下图所示。
接着按着说明文档中第8页中给出的如下外部接口电路连接图所示，准备好电位器接口、USB转TTL线以及霍尔传感器接口。

准备好的USB转TTL下载及接口如下图所示（与说明文档连接不同，只用一个接插件实现）：

线颜色	定义	输入/输出（从PC机看）	备注
红色	VCC	电源（X7的管脚1）	+5V输出
橙色	TXD	输出（X7的管脚3）	串行数据输出
黄色	RXD	输入（X7的管脚2）	串行数据输入
黑色	GND	参考地（X7的管脚6）	参考电源地

准备好的电位器及焊好接线端子如下图所示，电位器用来作为外部给定接口，通过调节PWM的占空比来调节电机转速：
将背面PAD#29焊盘引出一颗导线，方便后面稍程序短接用：

准备好的电路图如下图所示，可以进行后续工作了。

3、电机相线和霍尔位置匹配

在转电机之前还有一个重要工作要准备，那就是对相位，也就是磁极位置和霍尔信号的关系。风机的转向根据扇叶确定正方向，在此规定为从电机轴端看进去顺时针为正转。电机绕组接线端和霍尔安装位置的对应关系如下：

电机顺时针正转时，U相电压超前V相电压120度，V相电压超前W相电压120度，HALL信号H_U、H_V、H_W也依次相差120度电角度，H_U信号超前H_V信号120度，H_V信号超前H_W信号120度，电机为5对极，折算为机械角度，HALL的安装位置在空间上依次相差24度机械角度。
电机正转时，HALL输出信号之间的关系如下图所示：

电机正转时，W相和V相之间的相反电动势之间的关系如下图所示， U相和W相之间的线反电动势与霍尔HU之间关系如下图所示：



霍尔信号及功率管控制逻辑

霍尔信号(HC|HB|HA)		001	010	011	100	101	110	000/111
正转矩	高压侧导通	C	A	C	B	B	A	故障处理
	低压侧导通	A	B	B	C	A	C
负转矩	高压侧导通	A	B	B	C	A	C
	低压侧导通	C	A	C	B	B	A

4、软件更改及下载

U盘中有相关的安装程序，开发软件DAVE-3-1-10下载安装这里不再详细描述， 导入后的DEMO代码如下：

因为电机参数不一样，为了保证能够输出100%占空比，需要修改参数，本例中修改了MotorVars.h中原来总阻抗为5毫欧，现在改为160毫欧。
#define R_PATH  ((u32)(160))  // 2 PHASES + HS + LS FET Resistance in mili-ohms


程序下载部分参见文档“ 03_Software\Microcontroller Reprogramming Procedure-via Infineon Me
mtool”。
5、试验搭建及结果

因为工作性质的原因，利用公司的电源、电机及示波器等，搭建出如下图所示的简易测试平台（不好意思环境比较乱）。
调整电位器，用示波器记录两相电压输出，一相电流的结果如下，三幅图表示不同占空比，由小到大直到100%占空比输出，下图中蓝色和黄色是驱动控制器U、V两相输出，紫色为V相电流输出。

5、总结

英飞凌的电动工具套装设计目的明确，主要体现在体积小功率输出能力强，由于试验条件所限，本文没有能够实现全负荷输出，留下一点遗憾，在试验时相电流加到6A左右，功率部分感觉不到温升，也可间接证明散热效果。英飞凌的前身是西门子的半导体事业部，其单片机特别是功率器件是业界翘楚，性能没得说价格就比较高，相对而言这款单片机按性能而言这个价格还算可以接受（7元人民币左右，能跑正弦波无传感器FOC），功率MOSFET及驱动芯片价格关系可以考虑别家的东西，电路板的设计也很巧妙，尤其是利用铜片散热这一点值得赞扬。也说下不足，体现在单片机软件开发这一部分，DAVE开发环境对于没有玩过英飞凌单片机的朋友还要花不少时间，XMC1302的DEMO程序说明文档没有，对于不熟悉的工程师很难抓到头绪，此外缺少基于CAN或串口的上位机调试及参数测试界面也是一个遗憾。