【应用】广芯微基于低功耗32位MCU芯片UM3213A的园林工具方案（四）：工作原理

时间： 2023-02-19 来源：广芯微电子

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广芯微设计的园林工具电机控制方案基于广芯微低功耗32位MCU芯片 UM3213A开发的设计，UM3213A采用ARM Cortex-M0+内核，主频32MHz，内置64KB闪存，支持1.8~5.5V宽电压工作范围，支持3路互补PWM输出，内置1路运放和3路比较器，支持8通道12位1MspsADC转换器、多路UART、SPI，I2C等丰富外设接口，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性的特点。芯片支持9路PWM和1路CAN总线，提供35个GPIO。

该方案采用二二导通模式控制BLDC电机，电机每隔60°换相一次，电机正常工作任意时刻都有两个功率管同时导通，且每个器件开通120°电角度，而换相之前需要知道转子所在扇区，本方案采用三路内置比较器对相电压和三相中性点电压比较得到转子扇区，通过提前换相从而使转子持续转动，方案工作框图如下：

本方案为方波二二导通方式驱动，每次只给三相电机中的两相通电：一相连接到电源的正极，一相连接到电源的负极，一相浮空。电流从电源的正极流入，进入其中一相，并从电机的另一相流出到电源的负极。电流流向如下图所示

在一个电周期360°电角度内，共有六种不同的控制信号控制功率管开通关断，使得定子电流有六种状态，即定子绕组的合成磁动势有六种状态，每步持续60°拖动转子运行，从而实现电机连续运转，其合成磁势如下如图所示

如下图，Fs为定子合成磁动势，Fr为转子磁动势，由下图可知定子合成磁势与转子磁动势往往在60°到120°之间，但是这并不是最大输出扭矩的角度，根据磁场力矩最大原理，Fs和Fr为90°时扭矩输出最大。

为了输出最大转矩，转子的位置信号至关重要。每次换相时，先检测转子的位置信号，当检测到过零点时定子合成磁动势超前转子磁动势120°电角度，当转子再旋转30°电角度后再次进行换相，此时输出扭矩最大，根据二二导通原理和星型结构电机结构可知，假设一对极电机，每相包含两个过零点，三相即6个过零点，故电机的转子位置每变化60°电角度进行一次换相控制。示意图如下所示

比较器检测反电势方法：BEMF 电压与电机中性点电压比较，可以通过使用可变阈值电压点检测过零事件。该可变电压就是电机的中性点。大多数BLDC 电机的中性点不会用导线引出。但可以用电阻网络来构造中性点。将三个电阻（RR）的一端分别与电机的三相绕组并联，另一端连在一起以产生一个虚拟中性点，如下图所示

更多完整方案信息内容，请参考以下链接：【应用】广芯微基于低功耗32位MCU芯片UM3213A开发园林工具方案，可实现低速大负载启动

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广芯微电子32位MCU芯片选型表

高性能低功耗32位IoTP:ARM®Cortex®M4 (FPU+DSP) 、512KBeFlash 、160KB+4KB SRAM、USB20FS 、千兆以太网、加解密引擎、19个定时器、RTC、2个ADC、1个 DAC 、多个通信接口和摄像头接口。

产品型号	品类	Operating voltage(V)	Max frequency(MHz)	Core	Operating Temperature(℃)
UM3243F-VGT6	32位MCU芯片	1.8V~3.6V	240MHz	Cortex M4F	-40℃~105℃