硬件原理学习
1. 线路板总体布局
STSPIN32F0601 Motor Demo Board 以下简称(电机驱动板),是一个完整的三相电机驱动板,支持2+1电阻电流采样和单电阻电流采样拓扑的无感FOC算法,
如图所示,电机驱动板包括交直流电源输入,整流滤波,低压开关电源,电机信号处理,电机驱动输出(包括MOS驱动威廉希尔官方网站
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),处理器STSPIN32F0601等几个关键部分构成。 其中,330uF的红色电容尤其突出,为了配合100W的输出能力,官方配置的硬件非常到位。
2. 关键器件介绍2.1. 核心处理器STSPIN32F0601是SIP型芯片,是一款带有MCU的600V三相控制器。其系统功能框图如下图所示,包括一个STM32F031x6系列的ARM Cortex-M0 MCU,和一组600V三相半桥MOS/IGBT驱动器,带有一个SmartSD功能的比较器,可以快速有效的防止过载和过流。驱动器集成了高压自举二极管,在上下桥驱动中都有抗交叉传导,死区时间和UVLO保护。 该器件可以实现FOC、6步BLDC和其它先进的驱动算法,包括速度控制反馈等。
2.2. 开关器件电机驱动板上集成了600V、5A的IGBT,STGD5H60DF。这款IGBT的主要特性:
l 开关频率高
l 较低的热电阻
l 超快速的反向恢复二极管
l 安全可并联
l Vces = 600V
2.3. DC-DC VIPER122Viper122是一款集成730V功率MOSFET和PWM控制回路的高性能高压转换器,它集成了高压启动和电流感应威廉希尔官方网站
,有助于减少BoM中的组件数量;频率jittering可以减少EMI,允许使用更小的滤波器。突发模式功能在轻负载下输入功耗非常低。
Viper122还具有短路保护和热过载保护
图 引脚分配图和解释
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分析3.1. 交流直流输入交直流输入原理图
交流输入回路中有250VAC 5A熔断器、MOV_681压敏电阻和NTC热敏电阻作为回路的保护器件。若干滤波电容,L2滤波电感。
DIO_DB_KBJ1010整流桥,将输入交流整流为脉动直流;C6储能电容,就是板子上那个体格健硕的红色电容器了,输出的直流到DC+后,将会变为平稳的直流输出。
二极管整流后,输出直流电压会略高于交流有效值:VDC = VAC*1.414*0.9
例如:我准备使用105VAC的交流电源,实际输出的直流电压会达到VDC =133.6V左右。
3.2. 开关电源回路 交流整流回路输出直流电压D+,经过非隔离DC-DC开关电源回路后,降压为+15VDC和+3.3VDC两路低压直流电源回路供给控制部分使用。
其中VIPER122为DC-DC的核心器件,完成降压。
3.3. 隔离的PWM输入捕捉接口 外部输入PWM信号,经过光电隔离器件后,输入到STSPIN32F0601的PB3引脚。
3.4. 仿真调试 系统引出了SWD仿真调试接口。
3.5. 串行通讯接口系统引出了一组TTL电平的串行通讯接口,UART_RX接到PB7,UART_TX接到PB6引脚。
3.6. 运行指示灯系统引出运行指示灯LED,接到PC13脚。可以作为系统运行故障指示使用。
3.7. 测试引脚 系统引出了多条测试引脚线,PA4-PA7,PB0-PB1,根据STSPIN32F0601的数据手册我们可以查到,测试引脚的所有引脚类型为IO-TTa,意思为3.3V耐受电压的IO引脚,直接连接到ADC。
注:这些引脚不支持5VDC,加5V就挂了。
3.8. 电机驱动由于STSPIN32F0601中集成了大部分的IGBT/MOS的驱动器件,所以外围器件还是比较少的,只有几个电阻、二极管和电容。
开关器件选用STGD5H60DF的H系列IGBT器件,电流5A,峰值20A。
3.9. 模拟量处理 系统中输入了4个模拟量信息。其中TSV912ID放大器处理了2路桥臂电流取样信息,分别为V相桥电流取样信息,U相桥电流取样信息,放大倍数为6.1倍。
在驱动回路中的SR3电阻,获取干路电流采样信息,经过低通滤波后进入CIN引脚,作为比较器输入的一端,完成过流保护检测功能。
在电源输入回路中,采用分压电阻取样的方式检测直流母线电压信号。分压比例为1/201。
4. 电动机参数用来测试的电机,型号为LA034-040NN07A。
基本参数性能表
项目 | 内容 | 备注 |
额定电压 | DC105V | 电压可以低于DC105V |
额定功率 | 25.1W | |
额定转速 | 10000rpm | |
极对数 | 2对 | |
线圈直流电阻 | 7.14欧姆 | |
驱动线序 | V相 | 白色 |
W相 | 黑色 |
U相 | 红色 |
霍尔输出 | HU | 浅粉色 |
HW | 浅黄色 |
HV | 浅紫色 |
负极 | 蓝色 |
正极+5V | 浅棕色 |