基于STM32的300W无刷直流电机驱动方案

timbok

如何驱动无刷电机？

近些年，由于无刷直流电机大规模的研发和技术的逐渐成熟，已逐步成为工业用电机的发展主流。围绕降低生产成本和提高运行效率，各大厂商也提供不同型号的电机以满足不同驱动系统的需求。现阶段已经在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面应用。

无刷直流电机的优点与局限性

优点：高输出功率、小尺寸和重量、散热性好、效率高、运行速度范围宽、低电噪声、高可靠性和低维护要求、高动态响应、电磁干扰少。

局限性：无刷电机控制器昂贵、需要复杂的驱动电路、需要额外的位置传感器(FOC不用)。

无刷直流电机的驱动方法

无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式。

按驱动波形：方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现电机无位置传感器控制;

正弦驱动：这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。这种方法又有SPWM和SVPWM(空间矢量PWM)两种方式，SVPWM的效果好于SPWM。

300W直流无刷电机驱动方案

使用STM32G431微控制器做为主控芯片，STSPIN32G4 高性能半桥门驱动器做为电机驱动。STSPIN32G4使用9x9mm VFQFPN封装，具有丰富可编程功能，可实现电流传感，每个功率MOSFET的漏源极电压传感，以及过流保护，是做电机完全集成控制的解决方案。

外部接口

板子使用标准的Arduino连接器接口，能够与扩展板(如MEMS传感器或蓝牙收发器)进行组合，CAN总线的配置允许与主或从模块进行互连，可以构建复杂的运动控制系统。板载ST-LINK/V2编程器方便进行固件的调试。

应用范围

方案支持配置为三分流或单分流，支持无传感器和基于传感器的控制算法。

可应用于工业和家庭自动化，家用电器，如吸尘器、烘干机和清洁机器人，伺服驱动和电动自行车，电动和园艺工具，泵与风机，无人机和航模。

技术参数

• 32位ARM Cortex -M4 MCU+FPU
• 时钟频率高达170MHz
• 用于三角函数的CORDIC数学硬件加速器
• 128kB Flash内存，专有代码读出保护
• 32kB SRAM内存与硬件奇偶校验
• 两个先进的定时器电机控制，16位，多达六个PWM通道
• 八个通用定时器
• 两个adc 12位分辨率(多达19个通道)，转换速率为4Msps
• 4个12位DAC通道
• **接口(I(2)C, SPI, UART, CAN)
• 3.3V LDO线性稳压器，最高150mA
• 低静态线性稳压器的MCU电源在待机模式
• 具有**保护功能的监控机制，热停机、短路和过载保护
• 75V额定栅极驱动器，1A接收器/源电流和嵌入式自举二极管
• 每个功率MOSFET的漏源极电压传感
• 输入母线电压从10V到75V，配有专用监控
• 功率级基于STL110N10F7功率MOSFET，输出电流高达20Arms(安装散热器)，并保护过流条件
• 三分流或单分流配置电流传感
• 数字霍尔传感器和正交再编码输入
• ST-LINK/V2编程器和调试器
• Arduino UNO连接器
• 易于使用CAN总线
• 用于功率级温度监测的NTC传感器
  

参考设计资料

原理图：

Gerber文件：

BOM文件：

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