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分分鐘帶你入門無刷電機(jī)控制——P-NUCLEO-IHM001套件評測

電動機(jī) 無刷電機(jī) P-NUCLEO 開發(fā)套件

2016-01-04
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作者：劉昆磊
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
電動機(jī)作為當(dāng)今各個領(lǐng)域的動力主要來源，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公司為三相無刷電動機(jī)設(shè)計的DMOS全數(shù)字驅(qū)動器L6230，采用PowerSO36封裝，內(nèi)部帶有過流和過熱保護(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)無刷直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)的三相驅(qū)動板

(b)通常的工作電壓范圍在8-48V直流電

(d)操作頻率高達(dá)100KHz

(e)非耗散過流檢測和保護(hù)

(f)熱檢測和過熱保護(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傳感器模式

(i)為電動機(jī)電流檢測可配置為3電阻或1電阻檢測的跳線

(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)留的測試點

(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)動器

(b)低功耗風(fēng)扇

(c)電動工具

(d)工業(yè)傳動

其中核心的電機(jī)驅(qū)動器為ST公司推出的三相無刷直流電動機(jī)驅(qū)動器L6230，POWERSO36封裝，內(nèi)部集成獨(dú)立的DMOS功率晶體管，具有過流保護(hù)，具有獨(dú)立的電流傳感器接口，可方便選擇電流檢測形式，用于矢量FOC控制。

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圖2-8 L6230驅(qū)動器

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圖2-9 L6230功能框圖

其主要特點為：

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)非耗散過流檢測和保護(hù)

下圖是L6230在矢量控制算法中的典型電路，注意三個電流采樣電阻是必須的。

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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。

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圖2-11 L6230典型應(yīng)用電路(Six-step)

下面來分析一下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)動器

主部分是基于L6230。這是一個DMOS完全可配置的三相無刷BLDC/ PMSM電機(jī)驅(qū)動器。電源電壓通過外部連接器(J1)。用(J9)跳線設(shè)置能夠選擇是否數(shù)字部分NUCLEO-F302R8核心板使用USB或通過擴(kuò)展板供電。

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圖2-12 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板功率部分結(jié)構(gòu)

具體電路如下：

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圖2-13 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板L6230電源電路

(2)過電流檢測(OCP)和電流感應(yīng)測量

L6230驅(qū)動器具有不需要外部電阻實現(xiàn)過流保護(hù)與的內(nèi)部檢測電路。在L6230內(nèi)部電流檢測并與內(nèi)部的電流基準(zhǔn)比較，當(dāng)電流過流時，會在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)檢測到過流，立刻停止輸出驅(qū)動信號。

其中電流檢測可以使用J5和J6跳接線來選擇使用3電阻還是但電阻結(jié)構(gòu)，并最終影響選擇的控制算法。

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圖2-14 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電流檢測跳線

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圖2-15 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電流檢測電路

(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)留了一個用于檢測電機(jī)速度的霍爾/編碼器傳感器檢測接口J3。可以通過這個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)。同時這個接口還提供了一個+ 5V和GND的電源接口，供外接傳感器使用，同時可用J3跳接線選擇是速度傳感器否使用上拉電阻。

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圖2-16 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板霍爾/編碼器接口

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圖2-17 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板霍爾/編碼器接口電路

(4)電動機(jī)位置檢測

在X-NUCLEO-IHM07M 1擴(kuò)展板上提供了電動機(jī)位置檢測電路，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)，另一種是無傳感器方案。具體電路如下：

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圖2-18 X-NUCLEO-IHM07M 1擴(kuò)展板電動機(jī)位置檢測電路

(5)總線電壓和溫度檢測電路

在X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板上，提供了總線電壓感測和溫度測量的電路，其中總線電壓檢測是由電阻分壓器來完成的，溫度檢測是由一個NTC溫度傳感器完成，可構(gòu)成過壓、過熱保護(hù)。具體電路如下：

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圖2-19 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電壓檢測與溫度檢測

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圖2-20 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板電壓檢測與溫度檢測電路

最后，在使用X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板時，特別要注意跳線的設(shè)置，其中跳線的定義如下表定義：

表2-1 X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板跳線

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注意，在使用X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板的J9跳線時，如果想要通過擴(kuò)展板向NUCLEO-F302R8核心板供電時，需要將J9跳線短接，同時NUCLEO-F302R8核心板的跳線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)展板跳接線圖如下圖所示。

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