一个低成本的FOC控制方案.docx

通常小体积封装的MCU有着成本较低的优势，被广泛用于BLDC电机的六步方波控制中，此类应用对MCU的各类资源要求较低，小体积封装的MCU往往能够胜任。而基于FOC的PMSM电机开发中，对MCU的运算能力和ADC速度等各类资源有着较高的要求，大部分现有的小体积封装MCU无法满足此类需求。沁恒微电子的青裸RISC-V处理器全栈MCU系列产品中，CH32V203F8和CH32V203G8两款小封装V203芯片的推出，能够满足上述需求。以TSSOP20封装的CH32V203F8为例，系统主频最高可达144MHz,支持单周期乘法和硬件整数除法，硬件整数除法在9个指令周期内完成，有着远强于普通MCU的处理能力，完全能够快速处理FOC控制的复杂运算； 内置64KBFlash和20KBRAM,完全能够满足绝大部分FOC控制所需的存储资源； 内置2个独立12位ADC,有着9路可配置采样通道，采样速度最高可达1M/S,能够完成FOC控制的高速采样要求；集成1路高级定时器接口，可用着电机控制输出； 内置1组8路通用DMA,可用着定时器和ADC协同工作，特别是用于单电阻方案中电流采样控制； 内置2个C)PA,可用着电流放大和短路保护； 可选配置1路USB或SWD或IIC或UART接口，用于配合虚拟示波器进行波形观测、代码仿真或下载、外部数据交换等。以CH32V203F8为控制MCU的单电阻无感方案硬件原理图如下：MOTO-GNDPB6 VDMWWDK> PB7VDPrAUSUXXKVSS VDO Nju PAOUaKLTADCO paadci PA2ADC2PQADC3OO0 PA6ADC6ON1MlQmlPMTlMlPManMl CHI Z PBIMMl CKW E FB4HM1 CWN F FB"FMI CTftN T PB> ADCl<Vi P! -I； FA7ADC7CT2Pi 7 UAXT5CP2Nl D UADC4CP2OI YOlMLBKlN) PBI2- PBI (OPlOI)CHJ2VXBF1图1.主控MCU图2.预驱电路Motor图3.逆变器及母线电流采样电阻使用McU内部运放，独立画出使I理解WMl.Bwak.to图4.母线电流放大采样及过流保护如图4所示，母线电流经过差分放大电路放大后，可以直接通过所在运放输出脚的ADC采样，如PA4选择为0PA2的输出脚，也可以启用ADC4进行采样。OPAI的输出脚，可配置内部直连高级定时器1的BKIN脚。GND图5.端电压检测如图5所示，利用ADC0、ADC1和ADC2三个通道对端电压进行采样，可以用于顺逆风启动时的位置判断，这三个引脚同时也是通用定时器2的捕获输入通道。V24R4120k 1%ADC VbUSC32 0.1uF5(GND图6.母线电压检测V24C15 Z= 0.33uE303U2 LM78L15VIN VOUTQZO=C16 0.1uF25VGNDVl 5Rl_47 U9XTN +3.3VC37Z IOiiF 25VC38=J=IOuE IOV1117-3.3TGND建议在U9背而铺地，便于PCB散热图7.电源供电如图7所示，得益于CH32V203的低运行功耗，可用LDO直接进行15V转3.3V,在U9输入端加RC电路，可以增强MCU电源稳定性，并承担部分耗散功率。PlOPll图8.外部接口如图8所示，MCU的1&2脚为多功能复用引脚，内部可通过代码配置为SWD、USB、I2C、串口或普通10,实现代码下载调试、虚拟示波器波形观测等功能。如上所述，虽然CH32V203F8等小封装MCU,引脚较少，但能满足电机控制的基本外设需求，并有着同封装MCU不具备的主频等优势，可灵活应用在低成本电机FOC控制领域。