FU6832有感啟動無感運行FOC方案

FU6832 系列是一款集成電機控制引擎(ME)和 8051 內核的高性能電機驅動專用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等諸多硬件模塊，可硬件自動完成電機 FOC/BLDC運算控制; 8051 內核用于參數(shù)配置和日常事務處理，雙核并行工作實現(xiàn)各種高性能電機控制。其中8051 內核大部分指令周期為 1T 或 2T，芯片內部集成有高速運算放大器、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，內置高壓LDO，適用于 BLDC/PMSM 電機的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅動控制。

只需簡單的外圍處理便可實現(xiàn)高效率的FOC電機驅動。FU6832的有感啟動無感運行FOC驅動主要應用在各類低壓風機上，典型應用如落地扇、空氣凈化器等。本方案主要介紹FU6832?MCU的有感啟動無感運行FOC驅動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 內核和 ME；
• 指令周期大多為 1T 或 2T；
• 16kB Flash ROM、帶 CRC 校驗功能、支持程序自燒錄和代碼保護功能；
• 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)的計算；
• 單周期 16*16 位乘法器，16 周期 32 / 16 位除法器；
• 4 級優(yōu)先級中斷、15 個中斷源；
• GPIO：

FU6832L：35 個 GPIO；

• ?定時器：

2 個通用帶抓捕功能可編程定時器；

1 個支持 QEP 解碼編程定時器；

1 個 BLDC 電機專用定時器；

1 個通用定時器；

1 個 RTC 定時器；

1 個 SPI；

1 個 I2C；

2 個 UART，其中 UART2 支持 LIN Slave 模式和 Pin 功能轉移；

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

• 模擬外設：

12 位 ADC，1uS 轉換時間，可選擇內部 VREF、外部 VREF 作參考電壓；

ADC 通道數(shù)：

FU6832L：14 通道；

內置 VREF 參考，可配置 3V、4V、4.5V、VDD5；

內置 VHALF(1/2 VREF)參考輸出；

3 個獨立運算放大器，其中 AMP0 可配置為自動增益放大器；

3 路模擬比較器；

DAC: 1 路 9 位，1 路 6 位；

• 驅動類型：

3P3N Predriver 輸出；

• BLDC 控制支持自動換相、逐波限流，支持 HALL、BEMF 位置檢測；
• FOC 驅動支持單電阻、雙電阻、三電阻電流采樣；
• FOC 驅動支持過調制；
• 時鐘：

系統(tǒng)時鐘為內置 24MHz±2%精準時鐘；

內置 32.8kHz 低速時鐘；

• 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的有感啟動無感運行FOC應用特點：

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

有感啟動無感運行FOC方案應用：

為方便客戶開發(fā)，峰岹公司在基于FU6832開發(fā)了有感啟動無感運行FOC驅動方案示例程序，其具備以下特性：

1.?啟動控制

（1）?通過霍爾檢測電機初始狀態(tài)，在滿足轉速達到最高轉速的5%~10%且估算角度在一定范圍內條件之前，使用有感FOC控制方式，實現(xiàn)動態(tài)啟動（包含順風啟動和逆風啟動），提高啟動可靠性

（2）?為了減小啟動噪音，有感啟動也采用正弦波驅動方式，在霍爾兩個狀態(tài)之間的角度增量通過上一拍的轉速計算得到

（3）?可根據(jù)需要調整啟動力矩和啟動時間

（4）?啟動使用電流閉環(huán)控制方式，可實現(xiàn)寬電壓啟動，可設定最大啟動電流限流

2.?控制方式

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

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

3.?狀態(tài)顯示

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

4.?保護控制

內部包含全面的保護，可根據(jù)需要選擇使能對應的保護，再根據(jù)實際情況微調即可。

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

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

（3）?過流保護：大于過流電流門限觸發(fā)過流保護

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

（5）?堵轉保護：可設定堵轉重啟時間，以及堵轉重啟次數(shù)

（6）?缺相保護：電機線接觸不良時，可實現(xiàn)缺相保保護，重啟時間和次數(shù)可設定

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

（8）?過功率保護：過功率保護可以選用過輸入功率保護和過輸出功率保護，當功率到達設定功率保護閾值時，可采用降速處理或停機處理

（9）?運放偏置電壓異常保護：控制板上電后，在電機運行之前，先讀取運放的輸出是否在正常范圍內，如果不是則報錯，電機不啟動

5.?用戶接口

內部包含多種用戶接口方式，可根據(jù)需要選擇使能對應的接口，實現(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，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，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，實現(xiàn)報警或者提示音控制，用戶可自定義，如按鍵提示音控制、檔位提示音控制。

6.?調試接口

在默認功能特性情況下，程序給出Customer.h文檔作為用戶調試接口，用戶只需修改相應參數(shù)便可實現(xiàn)電機通用功能控制。

評估板FU6832包含：

1、?FU6832?DEMO板

2、?FU68XX 仿真器

3、?有感啟動無感運行FOC應用方案調試手冊

圖2 FU6832板

原理圖：

圖3?FU6832板原理圖