基于STM32的300W無刷直流電機驅動方案

發布時間：2023-7-6 14:49 發布者：攻城獅華哥

如何驅動無刷電機？

近些年，由于無刷直流電機大規模的研發和技術的逐漸成熟，已逐步成為工業用電機的發展主流。圍繞降低生產成本和提高運行效率，各大廠商也提供不同型號的電機以滿足不同驅動系統的需求。現階段已經在紡織、冶金、印刷、自動化生產流水線、數控機床等工業生產方面應用。

無刷直流電機的優點與局限性

優點：高輸出功率、小尺寸和重量、散熱性好、效率高、運行速度范圍寬、低電噪聲、高可靠性和低維護要求、高動態響應、電磁干擾少。

局限性：無刷電機控制器昂貴、需要復雜的驅動電路、需要額外的位置傳感器(FOC不用)。

無刷直流電機的驅動方法

無刷直機電機的驅動方式按不同類別可分多種驅動方式。

按驅動波形：方波驅動，這種驅動方式實現方便，易于實現電機無位置傳感器控制;

正弦驅動：這種驅動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現過程相對復雜。這種方法又有SPWM和SVPWM(空間矢量PWM)兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

300W直流無刷電機驅動方案

使用STM32G431微控制器做為主控芯片，STSPIN32G4 高性能半橋門驅動器做為電機驅動。STSPIN32G4使用9x9mm VFQFPN封裝，具有豐富可編程功能，可實現電流傳感，每個功率MOSFET的漏源極電壓傳感，以及過流保護，是做電機完全集成控制的解決方案。

外部接口

板子使用標準的Arduino連接器接口，能夠與擴展板(如MEMS傳感器或藍牙收發器)進行組合，CAN總線的配置允許與主或從模塊進行互連，可以構建復雜的運動控制系統。板載ST-LINK/V2編程器方便進行固件的調試。

應用范圍

方案支持配置為三分流或單分流，支持無傳感器和基于傳感器的控制算法。

可應用于工業和家庭自動化，家用電器，如吸塵器、烘干機和清潔機器人，伺服驅動和電動自行車，電動和園藝工具，泵與風機，無人機和航模。

技術參數

32位ARM Cortex -M4 MCU+FPU
時鐘頻率高達170MHz
用于三角函數的CORDIC數學硬件加速器
128kB Flash內存，專有代碼讀出保護
32kB SRAM內存與硬件奇偶校驗
兩個先進的定時器電機控制，16位，多達六個PWM通道
八個通用定時器
兩個adc 12位分辨率(多達19個通道)，轉換速率為4Msps
4個12位DAC通道
全套接口(I(2)C, SPI, UART, CAN)
3.3V LDO線性穩壓器，最高150mA
低靜態線性穩壓器的MCU電源在待機模式
具有全套保護功能的監控機制，熱停機、短路和過載保護
75V額定柵極驅動器，1A接收器/源電流和嵌入式自舉二極管
每個功率MOSFET的漏源極電壓傳感
輸入母線電壓從10V到75V，配有專用監控
功率級基于STL110N10F7功率MOSFET，輸出電流高達20Arms(安裝散熱器)，并保護過流條件
三分流或單分流配置電流傳感
數字霍爾傳感器和正交再編碼輸入
ST-LINK/V2編程器和調試器
Arduino UNO連接器
易于使用CAN總線
用于功率級溫度監測的NTC傳感器

參考設計資料

原理圖：

Gerber文件：

BOM文件：

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