FU6832有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC方案

FU6832 系列是一款集成電機(jī)控制引擎(ME)和 8051 內(nèi)核的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等諸多硬件模塊，可硬件自動(dòng)完成電機(jī) FOC/BLDC運(yùn)算控制; 8051 內(nèi)核用于參數(shù)配置和日常事務(wù)處理，雙核并行工作實(shí)現(xiàn)各種高性能電機(jī)控制。其中8051 內(nèi)核大部分指令周期為 1T 或 2T，芯片內(nèi)部集成有高速運(yùn)算放大器、比較器、Pre-driver、高速 ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多種 TIMER、PWM 等功能，內(nèi)置高壓LDO，適用于 BLDC/PMSM 電機(jī)的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動(dòng)控制。

只需簡單的外圍處理便可實(shí)現(xiàn)高效率的FOC電機(jī)驅(qū)動(dòng)。FU6832的有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC驅(qū)動(dòng)主要應(yīng)用在各類低壓風(fēng)機(jī)上，典型應(yīng)用如落地扇、空氣凈化器等。本方案主要介紹FU6832?MCU的有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC驅(qū)動(dòng)的主要特性和使用方法，以及示例程序的控制特性和功能。

FU6832芯片特性：

• 雙核：8051 內(nèi)核和 ME；
• 指令周期大多為 1T 或 2T；
• 16kB Flash ROM、帶 CRC 校驗(yàn)功能、支持程序自燒錄和代碼保護(hù)功能；
• 256 bytes IRAM，768 bytes XRAM；
• ME：比例積分/微分器(PI/PID)、BLDC 模塊、FOC模塊、MDU支持乘除法/低通濾波器（LPF）/三角函數(shù)的計(jì)算；
• 單周期 16*16 位乘法器，16 周期 32 / 16 位除法器；
• 4 級(jí)優(yōu)先級(jí)中斷、15 個(gè)中斷源；
• GPIO：

FU6832L：35 個(gè) GPIO；

• ?定時(shí)器：

2 個(gè)通用帶抓捕功能可編程定時(shí)器；

1 個(gè)支持 QEP 解碼編程定時(shí)器；

1 個(gè) BLDC 電機(jī)專用定時(shí)器；

1 個(gè)通用定時(shí)器；

1 個(gè) RTC 定時(shí)器；

1 個(gè) SPI；

1 個(gè) I2C；

2 個(gè) UART，其中 UART2 支持 LIN Slave 模式和 Pin 功能轉(zhuǎn)移；

2 通道 DMA，支持用于 I2C/SPI/UART 數(shù)據(jù)傳輸；

• 模擬外設(shè)：

12 位 ADC，1uS 轉(zhuǎn)換時(shí)間，可選擇內(nèi)部 VREF、外部 VREF 作參考電壓；

ADC 通道數(shù)：

FU6832L：14 通道；

內(nèi)置 VREF 參考，可配置 3V、4V、4.5V、VDD5；

內(nèi)置 VHALF(1/2 VREF)參考輸出；

3 個(gè)獨(dú)立運(yùn)算放大器，其中 AMP0 可配置為自動(dòng)增益放大器；

3 路模擬比較器；

DAC: 1 路 9 位，1 路 6 位；

• 驅(qū)動(dòng)類型：

3P3N Predriver 輸出；

• BLDC 控制支持自動(dòng)換相、逐波限流，支持 HALL、BEMF 位置檢測；
• FOC 驅(qū)動(dòng)支持單電阻、雙電阻、三電阻電流采樣；
• FOC 驅(qū)動(dòng)支持過調(diào)制；
• 時(shí)鐘：

系統(tǒng)時(shí)鐘為內(nèi)置 24MHz±2%精準(zhǔn)時(shí)鐘；

內(nèi)置 32.8kHz 低速時(shí)鐘；

• Watch-dog；
• 兩線制 FICE 協(xié)議提供在線仿真功能；

圖1 FU6832L?功能框圖

FU6832的有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC應(yīng)用特點(diǎn)：

• FOC固化，運(yùn)行速度快：運(yùn)行使用無感運(yùn)行方式，無感FOC的所有運(yùn)算都是硬件實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了軟件運(yùn)行時(shí)間，最高PWM頻率可達(dá)50KHz，可應(yīng)用于超高速電機(jī)；
• 控制精度和效率高：FOC采用Q15格式，角度360°擴(kuò)展到2^15，角度分辨率可達(dá)0.01°，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高精度控制；優(yōu)化的位置估算算法可實(shí)現(xiàn)控制高效率；
• 靜音效果好：FOC算法可以精確控制驅(qū)動(dòng)電流為光滑正弦波，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，可加入死區(qū)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)超靜音工作；
• 啟動(dòng)特性好：啟動(dòng)使用有感啟動(dòng)方式，在轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的5%~10%且估算角度在一定范圍內(nèi)時(shí)切到無感運(yùn)行模式，保證了啟動(dòng)可靠性和平穩(wěn)性；啟動(dòng)速度快，啟動(dòng)時(shí)間比常規(guī)啟動(dòng)方式短50%?；
• 最低轉(zhuǎn)速更低：電機(jī)在轉(zhuǎn)速太低時(shí)，其運(yùn)行電流和反電動(dòng)勢很小，采用無感運(yùn)行方式控制誤差太大，對(duì)于有感啟動(dòng)無感運(yùn)行方案，在要求轉(zhuǎn)速做到更低時(shí)（例如要求五對(duì)極電機(jī)要求跑50RPM。），可切換到有感運(yùn)行方式；
• 硬件電路簡單：內(nèi)部集成高速運(yùn)算放大器、高壓 LDO和Pre-Drive，可以直接連接MOS管驅(qū)動(dòng)電機(jī)，簡化外圍電路，降低產(chǎn)品成本,提高系統(tǒng)的可靠性。

有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC方案應(yīng)用：

為方便客戶開發(fā)，峰岹公司在基于FU6832開發(fā)了有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC驅(qū)動(dòng)方案示例程序，其具備以下特性：

1.?啟動(dòng)控制

（1）?通過霍爾檢測電機(jī)初始狀態(tài)，在滿足轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的5%~10%且估算角度在一定范圍內(nèi)條件之前，使用有感FOC控制方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)啟動(dòng)（包含順風(fēng)啟動(dòng)和逆風(fēng)啟動(dòng)），提高啟動(dòng)可靠性

（2）?為了減小啟動(dòng)噪音，有感啟動(dòng)也采用正弦波驅(qū)動(dòng)方式，在霍爾兩個(gè)狀態(tài)之間的角度增量通過上一拍的轉(zhuǎn)速計(jì)算得到

（3）?可根據(jù)需要調(diào)整啟動(dòng)力矩和啟動(dòng)時(shí)間

（4）?啟動(dòng)使用電流閉環(huán)控制方式，可實(shí)現(xiàn)寬電壓啟動(dòng)，可設(shè)定最大啟動(dòng)電流限流

2.?控制方式

（1）?電流閉環(huán)為內(nèi)環(huán)，恒風(fēng)量控制、恒轉(zhuǎn)矩控制、恒速度控制、恒功率控制等多種控制可選為外環(huán)。

（2）?調(diào)速接口有：SREF模擬調(diào)速，PWM調(diào)速，Clock調(diào)速、IR紅外調(diào)速，UART串口調(diào)速。

3.?狀態(tài)顯示

通過LED亮燈狀態(tài)表示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息。

4.?保護(hù)控制

內(nèi)部包含全面的保護(hù)，可根據(jù)需要選擇使能對(duì)應(yīng)的保護(hù)，再根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)即可。

（1）?過壓保護(hù)：大于過壓電壓門限觸發(fā)過壓保護(hù)，小于恢復(fù)電壓門限系統(tǒng)重啟

（2）?欠壓保護(hù)：小于欠壓電壓門限觸發(fā)欠壓保護(hù)，大于恢復(fù)電壓門限系統(tǒng)重啟

（3）?過流保護(hù)：大于過流電流門限觸發(fā)過流保護(hù)

（4）?FO保護(hù)：大電流沖擊觸發(fā)硬件過流保護(hù)，系統(tǒng)不重啟

（5）?堵轉(zhuǎn)保護(hù)：可設(shè)定堵轉(zhuǎn)重啟時(shí)間，以及堵轉(zhuǎn)重啟次數(shù)

（6）?缺相保護(hù)：電機(jī)線接觸不良時(shí)，可實(shí)現(xiàn)缺相保保護(hù)，重啟時(shí)間和次數(shù)可設(shè)定

（7）?過溫保護(hù)：大于過溫設(shè)定值觸發(fā)過溫保護(hù)，小于溫度恢復(fù)值系統(tǒng)重啟

（8）?過功率保護(hù)：過功率保護(hù)可以選用過輸入功率保護(hù)和過輸出功率保護(hù)，當(dāng)功率到達(dá)設(shè)定功率保護(hù)閾值時(shí)，可采用降速處理或停機(jī)處理

（9）?運(yùn)放偏置電壓異常保護(hù)：控制板上電后，在電機(jī)運(yùn)行之前，先讀取運(yùn)放的輸出是否在正常范圍內(nèi)，如果不是則報(bào)錯(cuò)，電機(jī)不啟動(dòng)

5.?用戶接口

內(nèi)部包含多種用戶接口方式，可根據(jù)需要選擇使能對(duì)應(yīng)的接口，實(shí)現(xiàn)控制需要。

（1）?Key接口：定義按鍵接口，按鍵掃描給出Key命令，用戶可自定義Key命令，如ONOFF、FR控制命令，加減速等。

（2）?SREF接口：ADC采樣電位器值，給出SREF命令，用戶可自定義SREF命令，如

閉環(huán)Speed參考值

（3）?PWM接口：捕獲PWM信號(hào)，獲取PWM Duty，給出PWM命令，用戶可自定義PWM命令，如閉環(huán)Speed參考值

（4）?Clock接口：捕獲PWM信號(hào)，獲取PWM 的頻率，給出PWM命令，用戶可自定義PWM命令，如閉環(huán)Speed參考值

（5）?IR接口：定義紅外接口，紅外掃描接收紅外數(shù)據(jù)后給出IR命令，用戶可自定義IR命令，如ONOFF、FR控制命令，閉環(huán)Speed參考值

（6）?UART接口：UART掃描接收UART數(shù)據(jù)并給出UART命令，用戶可自定義UART命令，如ONOFF、FR控制命令，閉環(huán)Speed參考值

（7）?Buzzer接口：定義蜂鳴器接口，蜂鳴器掃描接收控制命令，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或者提示音控制，用戶可自定義，如按鍵提示音控制、檔位提示音控制。

6.?調(diào)試接口

在默認(rèn)功能特性情況下，程序給出Customer.h文檔作為用戶調(diào)試接口，用戶只需修改相應(yīng)參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)電機(jī)通用功能控制。

評(píng)估板FU6832包含：

1、?FU6832?DEMO板

2、?FU68XX 仿真器

3、?有感啟動(dòng)無感運(yùn)行FOC應(yīng)用方案調(diào)試手冊(cè)

圖2 FU6832板

原理圖：

圖3?FU6832板原理圖