1.簡介：本文簡單介紹基于MM32SPIN05TW之無傳感方波驅(qū)動(dòng)于"小型水泵"的應(yīng)用實(shí)例。

方案特色:

ARM Cortex-M0高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片

32K字節(jié)閃存、4K字節(jié)存儲(chǔ)器、72MHz高速運(yùn)行,并自帶除法器、ADC、比較器…等

120/150度無傳感方波驅(qū)動(dòng)

電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)100,000rpm (2極電機(jī))

速度命令輸入可為模擬電壓或PWM信號(hào)

FG輸出

定轉(zhuǎn)速或恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)

完整的保護(hù)機(jī)制:過流保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)

水泵專屬特點(diǎn):

空載時(shí)，以高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生大吸力將水提上來

帶載時(shí)，以高扭矩滿足量程的要求

圖1.左圖：常見的24V/13W小型水泵；

右圖：采用MM32SPIN05TW的驅(qū)動(dòng)板

2.無傳感方波驅(qū)動(dòng)技術(shù)原理

在此介紹無傳感方波驅(qū)動(dòng)的技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)方法。

相電壓與霍爾信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

帶傳感器(霍爾組件)的方波驅(qū)動(dòng)，MCU可藉由霍爾信號(hào)的變化取得轉(zhuǎn)子的位置以正確換相。當(dāng)無霍爾組件時(shí),該如何取得轉(zhuǎn)子的位置呢？觀察下圖之帶霍爾組件的方波驅(qū)動(dòng)波形，換相點(diǎn)皆位于霍爾狀態(tài)改變之際,如藍(lán)色虛線所示.同時(shí)亦可發(fā)現(xiàn),在霍爾狀態(tài)維持不變的期間，必有一相"未被驅(qū)動(dòng)"而慣性地轉(zhuǎn)動(dòng)并呈現(xiàn)發(fā)電機(jī)狀態(tài),如紅色指標(biāo)所示。這段"未被驅(qū)動(dòng)"的期間極為有用,我們將利用它的電壓變化來取代霍爾組件的功能。

圖2.相電壓與霍爾信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

過零點(diǎn)偵測(cè)取代霍爾信號(hào)

本節(jié)要教大家如何利用這段"未被驅(qū)動(dòng)"的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)的電壓變化來取代霍爾組件的功能.請(qǐng)參考下圖,首先我們定義"Zero-crossing Point(過零點(diǎn))"，如紅點(diǎn)所示."過零點(diǎn)"這個(gè)名稱的由來是：該點(diǎn)位于某相"未被驅(qū)動(dòng)"期間的正中央,相電流在它之前30度(換相前)與它之后30度(換相后)的流向是相反的。因此,若能偵測(cè)到該點(diǎn)的位置,則再延遲30度便是下一個(gè)換相點(diǎn),這樣就可以取代了霍爾組件的功能了！

再觀察下圖，過零點(diǎn)所在位置的相電壓(PWM信號(hào)為High時(shí))，約略是DC_bus的1/2,我們可以使用MCU的ADC采樣功能來執(zhí)行這項(xiàng)偵測(cè)工作，下一節(jié)將說明具體的實(shí)現(xiàn)方法.注意：下圖ㄇ字型黑框的凹陷或凸起的相電壓變化，是因?yàn)閾Q相瞬間的電流變化作用于電機(jī)的繞組所造成的(V=L*di/dt),必須避開后才可進(jìn)行過零點(diǎn)偵測(cè)。

圖3.過零點(diǎn)偵測(cè)取代霍爾信號(hào)

過零點(diǎn)偵測(cè)之實(shí)現(xiàn)方式

使用MCU的ADC來偵測(cè)過零點(diǎn)之前,必須先對(duì)相電壓做分壓,再經(jīng)過低通濾波以獲得位準(zhǔn)低于5V的直流電壓.而判斷過零點(diǎn)的閾值，則設(shè)置為該直流電壓幅值的1/2. 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載的不同,該直流電壓的幅值是會(huì)改變的.因此,過零點(diǎn)的閾值也隨之在調(diào)整，這可由MCU實(shí)時(shí)采樣并計(jì)算而得.示意圖如下：

圖4.過零點(diǎn)偵測(cè)之實(shí)現(xiàn)方式

3.硬件設(shè)計(jì)

基于MM32SPIN05TW之無傳感方波驅(qū)動(dòng)于"小型水泵"的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板參考原理圖如下：

圖5.基于MM32SPIN05的中小功率水泵

電機(jī)驅(qū)動(dòng)板原理圖

4.電壓波形

本應(yīng)用案例采用120度方波驅(qū)動(dòng),在空載和帶載時(shí)的相電壓波形如下: (轉(zhuǎn)速分別是12000rpm和5500rpm)

圖6.空載和帶載時(shí)的相電壓波形

5.結(jié)論

MM32SPIN05系列是靈動(dòng)微電子推出的基本型高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，能滿足大多數(shù)方波/弦波算法的需求.基于MM32SPIN05的各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)參考方案,請(qǐng)洽靈動(dòng)微電子銷售人員。