基于灵动MM32SPIN560C的低压无刷电机应用方案

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方案描述

针对低压无刷电机，大联大世平集团推出基于灵动股份MM32SPIN560C 的无刷电机驱动方案。由于MM32SPIN560C 内部集成了一部分驱动电路，所以方案外围电路比较简单。该方案适用于多种应用场合，如空气净化器、服务器风机、吊扇、落地扇、电动手工具、吸尘器、无人机电调、小型水泵等。

1.1  硬件设计说明

1.1.1  主控

主控部分，采用的是灵动股份MM32SPIN560C，一款基于高性能Arm Cortex-M0 为内核的32 位微控制器。MM32SPIN560C最高工作频率可达 96 MHz，内置高速存储器，具有丰富的 I/O 端口和多种外设，包括：

128KB Flash，8KB SRAM

包含 12 位的 ADC，采样速度高达 3Msps

5 个通用定时器、2 个针对电机控制的 PWM 高级定时器

1 个 I2C 接口、2 个       SPI 接口和 3 个 UART 接口

针对电机应用内置 3 个运放，3 个比较器

内嵌经出厂调校的 48MHz 高速振荡器

内置预驱工作电压 7V ∼ 48V

5V LDO 稳压器，输入电压最高 13.5V

提供 QFN48 封装

MM32SPIN560C 框图如下图所示：

1.1.2  N-MOSFET

电机驱动部分，采用 6 颗 N-MOS 管来做电机的电子换相控制，并选择 Nexperia 的 PXN012-60QL芯片。PXN012-60QL 体积小、功耗低、漏源电压（VDSS）可达到 60V，连续漏电流（Id）可达到 42A，开关频率可达到 30KHz 以上。

1.1.3  电源设计

电源部分，采用了圣邦微 LDO SGM2225电源芯片。其特点如下：

宽电压输入 Vin：3.6V∼ 36V

输出电压可调 Vout：1.8V ∼ 15V

最大输出电流 Iout：800mA

低噪音、低损耗电压

封装小，最小封装大小为 3*3mm

过流/短路保护

过热保护

工作温度范围：-40℃ ∼ 125℃

方案原理图：

PCB Layout：

1.2  软件设计说明

软件部分，采用的是世平HALL FOC 双电阻采样的软件库架构，通过板载电位器使电机旋转，如此一来，整个软件结构清晰易懂。同时，还采用了双环控制（电流环+速度环），详情可见矢量控制框图，如下所示：

1.2.1  SVM

空间矢量脉宽调制（SVM）是FOC的基础，是根据其所在扇区选择非零矢量与零矢量合成而成。SVM有三种类型：五段式、七段式、混合式。七段式开关次数较多，但谐波较小；五段式开关次数是七段式的一半，但谐波较大，代码采用的是七段式。SVM的实现流程大致如下：

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判断合成矢量所在扇区

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计算相邻矢量作用时间

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计算各桥臂导通时间

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得到各相PWM占空比

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更新相应寄存器值

1.2.2  Current Sensing

在电流环，选择双电阻采样，通过采样 V 和 W 相的下桥臂电阻上的压降，再用基尔霍夫电流定律计算第三相（U 相）的电流。

1.2.3  HALL 角度补偿插值

在速度环，软件采用霍尔传感器插值补偿角度方法，对电机转子的速度进行估计与控制。

1.2.4  软件架构介绍

世平提供的 FOC 软件结构如下图所示，这套软件具有以下特点：

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时序清晰

仅使用一个常用中断，减少可能的时序冲突和 BUG。

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便于移植

算法层、驱动层、数学库完全独立，软硬件配置完全剥离，互不干扰。

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定标统一

统一 Q15 小数定标。

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函数模块化

逻辑清晰的状态机，简洁明了的状态切换。

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配置方便

主要参数配置意义明确，可视化。

灵动股份官网附有 MM32SPIN560C 的全套低压无刷电机套件软件支持包，详情请见灵动股份官网链接：

https://www.mindmotion.com.cn/support/development_tools/evaluation_boards/motor_dk/mm32spin560c/

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场景应用图

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产品实体图

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展示板照片

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方案方块图

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核心技术优势

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Arm Cortex-M0 32 位 MCU，主频高达 96 MHz，内置预驱、比较器和放大器，整个驱动电路简单

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MCU 电源使用 5V，可由 MCU 内部 LDO 转换

3

支持有传感器/无传感器的 BLDC/PMSM 电机

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支持 1/2 Shunt R 三相电流采样

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可通过跳线选择不同的电机回授方式，比如：HALL、BEMF、IPD 等

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支持 DC Bus 电压, 总电流量测

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使用 MCU 内建比较器作为过电流保护

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ADC 采样速率高达 3 Mbps

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支持单电阻 PWM 移相，降低单电阻算法复杂程度

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方案规格

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MCU：Arm Cortex-M0 32-bit 内核，主频高达 96MHz

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MCU 电源使用 5V，可由 MCU 内部 LDO 转换

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支持 UART 通讯 & LIN 通讯

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支持 2 种电源输入接口：DC-Jack 和接线端子

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使用 60V/40A N-MOS 管 * 6

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支持 2 种 SWD 调试接口

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支持 2 种调速接口：电位器和外接电压

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具备 LED 指示灯 & 按键

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开发板尺寸 : 65 * 75 mm

关于灵动

上海灵动微电子股份有限公司成立于 2011 年，是中国本土领先的通用 32 位 MCU 产品及解决方案供应商。公司基于 Arm Cortex-M 系列内核开发的 MM32 MCU 产品拥有 F/L/A/SPIN/W 五大系列，目前已量产 200 多款型号，累计交付超4亿颗，每年都有近亿台配备了灵动 MM32MCU 的优秀产品交付到客户手中，在本土通用 32 位 MCU 公司中位居前列。

灵动客户涵盖智能工业、汽车电子、通信基建、医疗健康、智慧家电、物联网、个人设备、手机和电脑等应用领域。灵动是中国为数不多的同时获得了 Arm-KEIL、IAR、SEGGER 官方支持的本土 MCU 公司，并建立了独立、完整的通用 MCU 生态体系。灵动始终秉承着“诚信、承诺、创新、合作”的精神，为客户提供从硬件芯片到软件算法、从参考方案到系统设计的全方位支持。