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Nucleo开发板方案设计—BLDC电机电调设计

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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2019-12-24 16:53:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    拿到Nucleo开发板有一段时间了,这段时间认真的学习了一下Nucleo开发板,这款开发板的开发资源实在是太丰富了,且开发板的底层驱动很完善,必需点个赞。这不年关将近,抓紧把方案给晒下。

    做四轴飞行器电调一份重要的参考资料timegate墨鸢所写的《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》,本文主要参考该文献。目前,国内外对无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)定义一般有两种:一种定义认为只有梯形波/方波无刷直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波无刷电机则被称为永磁同步电机(permanent magnet synchronous motorPMSM);另一种定义则认为梯形波/方波无刷电机和正弦波无刷电机都是无刷直流电机。在此本帖采用第一种定义。

    直流无刷电机根据转子结构可分为内转子和外转子两种结构,主要区别在于转动部分处于内部还是外部。

    直流无刷电机绕组通电后,线圈内产生电流,在永磁体的磁场下产生洛伦兹力,产生力矩,从而推动转子转动。为了产生持续的力矩,线圈内的电流需要根据转子所处的位置改变方向,这也就是所产说的换相。有刷电机的换相通过电刷完成,而无刷电机的换相则是通过电子器件控制电流的通断来完成。

    无刷直流电机的换相与转子的位置有关,为了产生同一个方向持续的电磁力矩,需要根据位置的不同控制每相电流通断。根据换相位置的检测方式又可以分为无感和有感。有感指的是采用霍尔传感器检测转子位置,控制换相。而无感指的是直接利用电机的线圈绕组来控制换相。这也正是本次电调设计的主要方式。

    本次电调设计主要控制框图如下图所示,零位检测电路检测能够检测出无刷电机转子的切换位置,控制器根据转子位置,控制驱动电路进行每相通断切换,从而实现对电机的控制。

    如图所示,Nucleo开发板通过自制的电调驱动板进行电机控制。电调驱动板上设置有功率mosfet管、用于检测中性点电压的比较器等。
    驱动板至Nucleo开发板的连接接口:
    A+、B+、C+为六臂全桥驱动电路的上臂导通控制接口,高电平时导通,低电平时截止;
    A-、B-、C-为六臂全桥驱动电路的下臂导通控制接口,高电平时导通,低电平时截止;
    INT A、INT B、INT C为各相感应反电势与中点电压比较;
    Current为电流检测电路输出的电压;
    接口分配:
    A+、B+、C+需要接入PWM信号,在此利用Nucleo开发板的定时器TIM1产生三路PWM信号;
    A-、B-、C-只要输出低电平、高电平即可,利用普通的GPIO口即可即可;
    INT A、INT B、INT C接入Nucleo开发板的中断,并要求能够上升沿和下降沿都可以检测该中断;
    Current接入开发板的ADC用于检测电机工作电流。
    驱动板至电机A、B、C三相分别接上电机即可。
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    各位看官久等了,自从上次发布了BLDC电机电调设计方案后,一直没什么动静,还让管理员沐紫同学提醒了下,真心的不应该啊,在次谢罪啦,呵呵,第一次使用STM32,诸事不顺啊,闲话少叙了,现进入主题。上次发布的电调的方案中提到需要自制一块驱动板,今天将驱动板原理进行一下介绍。
    电调驱动板由五部分组成,分别为六臂功率mos管桥、过零检测电路、电流检测电路、输入电源、对外接口。
    六臂功率mos管桥用于控制电机线圈的通断电,也就是所说的换相。
    过零检测电路用于检测感应电动势的过零点,提供换相的参考。
    电流检测电路用于实时检测电机的工作电流。
    输入电源用于对输入电源的滤波和稳压。
    对外接口提供了电调的控制输入、检测输入以及电源等接口。
    如果大家对于上述电路的原理不甚了解的话,强烈建议大家拜读下网友timegate 墨鸢所著的《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》一文,读完此文后相信大家对BLDC的控制方法会有清晰的认识,有此强大的参考资料在,本人也就不敢班门弄斧了。下面就说下,驱动板和STM32_Nucleo开发板之间的连接。
    六臂功率桥的控制信号A+、B+、C+、A-、B-、C-与高级控制定时器TIM1的输出PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15相连。过零点比较输出的CMP_A、CMP_B、CMP_C分别与PC6、PC7、PC8相连。+5V、GND与开发板的+5V、GND相连。+12V、GND与锂电池连接。PHASE_A、PHASE_B、PHASE_C与电机连接。图中MIDDLE、NULL_A、NULL_B、NULL_C为预留接口,不需要接。实物连接图如下所示。

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