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分分鐘帶你入門(mén)無(wú)刷電機(jī)控制——P-NUCLEO-IHM001套件評(píng)測(cè)
- [導(dǎo)讀]
- 電動(dòng)機(jī)作為當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域的動(dòng)力主要來(lái)源，如今全世界大約二分之一的發(fā)電量被電機(jī)消耗掉。這樣，它的控制能效至關(guān)重要。ST(意法半導(dǎo)體)公司致力于建立高效電機(jī)控制生態(tài)系統(tǒng)，不僅有適用于電機(jī)控制的微處理器MCU、電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，還提供有免費(fèi)且易于使用的電機(jī)控制軟件算法，協(xié)助電機(jī)控制工程師快速實(shí)現(xiàn)高效的電機(jī)矢量控制方案。
在X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板上使用的是ST公司為三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的DMOS全數(shù)字驅(qū)動(dòng)器L6230，采用PowerSO36封裝，內(nèi)部帶有過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)。
X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的規(guī)格數(shù)據(jù)和主要參數(shù)如下：
(a)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)板
(b)通常的工作電壓范圍在8-48V直流電
(c)2.8A的輸出峰值電流(1.4A均方根電流)
(d)操作頻率高達(dá)100KHz
(e)非耗散過(guò)流檢測(cè)和保護(hù)
(f)熱檢測(cè)和過(guò)熱保護(hù)
(g)與ST的梯形6步算法和 矢量控制算法完全兼容
(h)完全支持有傳感器和無(wú)傳感器模式
(i)為電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)可配置為3電阻或1電阻檢測(cè)的跳線(xiàn)
(j)提供霍爾/編碼器形式的電機(jī)傳感器接口和電路
(k)提供DAC、GPIO等的調(diào)試接口
(l)板載電位器接口可控制電機(jī)速度
(m)具有預(yù)留的測(cè)試點(diǎn)
(n)兼容STM32 Nucleo核心板，配備ST morpho接口
X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的應(yīng)用目標(biāo)：
(a)低壓永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
(b)低功耗風(fēng)扇
(c)電動(dòng)工具
(d)工業(yè)傳動(dòng)
其中核心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為ST公司推出的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器L6230，POWERSO36封裝，內(nèi)部集成獨(dú)立的DMOS功率晶體管，具有過(guò)流保護(hù)，具有獨(dú)立的電流傳感器接口，可方便選擇電流檢測(cè)形式，用于矢量FOC控制。
圖2-8 L6230驅(qū)動(dòng)器
圖2-9 L6230功能框圖
其主要特點(diǎn)為：
a)工作電源電壓為8至52 V
b)2.8 A輸出峰值電流(1.4 A RMS)
c)RDS(ON)0.73Ω(典型值)。
d)集成快速續(xù)流二極管
e)工作頻率高達(dá)100 kHz
f)非耗散過(guò)流檢測(cè)和保護(hù)
下圖是L6230在矢量控制算法中的典型電路，注意三個(gè)電流采樣電阻是必須的。
圖2-10 L6230典型應(yīng)用電路(FOC)
下圖是梯形6步控制算法的典型電路。
圖2-11 L6230典型應(yīng)用電路(Six-step)
下面來(lái)分析一下X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的功能結(jié)構(gòu)
(1)集成了三相橋式L6230驅(qū)動(dòng)器
主部分是基于L6230。這是一個(gè)DMOS完全可配置的三相無(wú)刷BLDC/ PMSM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電源電壓通過(guò)外部連接器(J1)。用(J9)跳線(xiàn)設(shè)置能夠選擇是否數(shù)字部分NUCLEO-F302R8核心板使用USB或通過(guò)擴(kuò)展板供電。
圖2-12 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板功率部分結(jié)構(gòu)
具體電路如下：
圖2-13 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板L6230電源電路
(2)過(guò)電流檢測(cè)(OCP)和電流感應(yīng)測(cè)量
L6230驅(qū)動(dòng)器具有不需要外部電阻實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)與的內(nèi)部檢測(cè)電路。在L6230內(nèi)部電流檢測(cè)并與內(nèi)部的電流基準(zhǔn)比較，當(dāng)電流過(guò)流時(shí)，會(huì)在DIAG引腳輸出低電平表示。
DIAG引腳最終連接到NUCLEO-F302R8核心板上，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流，立刻停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
其中電流檢測(cè)可以使用J5和J6跳接線(xiàn)來(lái)選擇使用3電阻還是但電阻結(jié)構(gòu)，并最終影響選擇的控制算法。
圖2-14 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電流檢測(cè)跳線(xiàn)
圖2-15 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電流檢測(cè)電路
(3)霍爾/編碼器電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器
在X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板上，預(yù)留了一個(gè)用于檢測(cè)電機(jī)速度的霍爾/編碼器傳感器檢測(cè)接口J3。可以通過(guò)這個(gè)接口外接速度傳感器，構(gòu)成帶速度環(huán)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)這個(gè)接口還提供了一個(gè)+ 5V和GND的電源接口，供外接傳感器使用，同時(shí)可用J3跳接線(xiàn)選擇是速度傳感器否使用上拉電阻。
圖2-16 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板霍爾/編碼器接口
圖2-17 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板霍爾/編碼器接口電路
(4)電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)
在X-NUCLEO-IHM07M 1擴(kuò)展板上提供了電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)電路，可以選擇2中方法，一種是有傳感器方案(使用霍爾/編碼器電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器)，另一種是無(wú)傳感器方案。具體電路如下：
圖2-18 X-NUCLEO-IHM07M 1擴(kuò)展板電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)電路
(5)總線(xiàn)電壓和溫度檢測(cè)電路
在X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板上，提供了總線(xiàn)電壓感測(cè)和溫度測(cè)量的電路，其中總線(xiàn)電壓檢測(cè)是由電阻分壓器來(lái)完成的，溫度檢測(cè)是由一個(gè)NTC溫度傳感器完成，可構(gòu)成過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)。具體電路如下：
圖2-19 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電壓檢測(cè)與溫度檢測(cè)
圖2-20 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電壓檢測(cè)與溫度檢測(cè)電路
最后，在使用X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板時(shí)，特別要注意跳線(xiàn)的設(shè)置，其中跳線(xiàn)的定義如下表定義：
表2-1 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板跳線(xiàn)
注意，在使用X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的J9跳線(xiàn)時(shí)，如果想要通過(guò)擴(kuò)展板向NUCLEO-F302R8核心板供電時(shí)，需要將J9跳線(xiàn)短接，同時(shí)NUCLEO-F302R8核心板的跳線(xiàn)JP5必須選擇2-3引腳短接，這是要注意X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的J1上外接的電源不能大于12V，避免燒壞NUCLEO-F302R8核心板。
具體的X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板跳接線(xiàn)圖如下圖所示。
圖2-21 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板跳線(xiàn)接口圖
4、三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
P-NUCLEO-IHM001套件選擇了奔牛公司的BR2804-1700Kv-1型三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，可用于航模使用，十分小巧。
表2-2 BR2804-1700Kv-1型電機(jī)參數(shù)
可以看到BR2804-1700Kv-1型三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電壓額定11.1V，空載轉(zhuǎn)速可達(dá)18000轉(zhuǎn)/分，電流0.6A，1700rpm/v，極對(duì)數(shù)為7。動(dòng)力強(qiáng)勁，適合航模!
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