方案 | 世平基于灵动微 SPIN560C 的低压无刷电机应用方案

 

 1、方案描述

大联大世平集团针对低压无刷电机，推出基于灵动微 MM32SPIN560C 的无刷电机驱动方案。此方案采用的 MM32SPIN560C 内部集成了一部分驱动电路，所以方案的外围电路比较简单。适用于多种应用场合，比如空气净化器、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。

 

2、硬件设计说明

2.1. 主控

采用的是 灵动微 MM32SPIN560C，使用高性能的 ARM Cortex-M0 为内核的 32 位微控制器，最高工作频率可达 96 MHz，内置高速存储器，丰富的 I/O 端口和多种外设，包括：
 

128KB Flash，8KB SRAMB

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：

 

2.2. N-MOSFET
 

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

 

2.3. 电源设计

方案采用的电源芯片是圣邦微的 LDO SGM2225。其特点如下：

宽电压输入 Vin：3.6~36V

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℃

 

3、软件设计说明

方案软件部分采用世平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，整个软件结构清晰易懂。软件采用双环控制（电流环+速度环），矢量控制的框图如下图所示：

 

3.1.  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，有五段式、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。其实现流程大致如下：
 

        ① 判断合成矢量所在扇区
 

        ② 计算相邻矢量作用时间
 

        ③ 计算各桥臂导通时间
 

        ④ 得到各相PWM占空比
 

        ⑤ 更新相应寄存器值
 

 

3.2.  Current Sensing

在电流环，软件中的电流采样选择双电阻采样，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。
 

 

3.3.  HALL 角度补偿插值
 

在速度环，软件采用基于对霍尔传感器插值补偿角度方法对电机转子的速度估计与控制。
 

 

3.4.  软件架构介绍

世平提供的 FOC 软件结构如下图所示，这套软件具有如下特点：

        ① 时序清晰 —— 仅使用一个常用中断，减少可能的时序冲突和 BUG。

        ② 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。

        ③ 定标统一 —— 统一 Q15 小数定标。

        ④ 函数模块化 —— 逻辑清晰的状态机，简洁明了的状态切换。

        ⑤ 配置方便 —— 主要参数配置意义明确，可视化。 

 

灵动微电子官网附有 MM32SPIN560C 的全套低压无刷电机套件软件支持包，灵动微电子官网链接：https://www.mindmotion.com.cn/development_tools/info.aspx?itemid=3372
 

 

►场景应用图

 

►产品实体图

 

►展示板照片

 

►方案方块图

 

►核心技术优势

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 
2. 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 
4. 支持 1/2 Shunt R 三相电流采样 
5. 可通过跳线选择不同的电机回授方式，比如：HALL、BEMF、IPD 等 
6. 支持 DC Bus 电压, 总电流量测 
7. 使用 MCU 内建比较器作为过电流保护 
8. ADC 采样速率高达 3 Mpbs 
9. 支持单电阻 PWM 移相，降低单电阻算法复杂程度

 

►方案规格

1. MCU: ARM Cortex-M0 32-bit 内核，主频高达 96MHz 
2. MCU 电源使用 5V，可由 MCU 内部 LDO 转换 
3. 支持 UART 通讯 & LIN 通讯
4. 支持 2 种电源输入接口：DC-Jack 和接线端子 
5. 使用 60V/40A N-MOS 管 * 6 
6. 支持 2 种 SWD 调试接口 
7. 支持 2 种调速接口：电位器和外接电压 
8. 具备 LED 指示灯 & 按键 
9. 开发板尺寸 : 65 * 75 mm