【应用】基于32位MCU KF32的BLDC电机Foc控制方案，采用双AD工作模式，防止意外触发转换

时间： 2022-09-16 来源：芯旺

技术问答

对旋转电机整体进行分类，可分为发电机和电动机。发电机是用来产生电能的，它的种类和电动机相对比要少很多。电动机的应用范围更广，对其也有更详细的分类和研究。通常所说的旋转电机一般狭义地指电动机。

按照电机结构和工作原理对电动机分类如下：

把重点放在永磁同步电机上，通常提到的无刷直流电机-BLDC，是通过逆变器交流变频控制的，所以本质上它也是永磁同步电机的一种。这两种同步电机是根据反电势的不同来进行区分命名的。

PMSM和BLDC的不同点：

BLDC定子绕组为集中绕组，PMSM的定子绕组为分布绕组

BLDC的反电动势是梯形波，PMSM的反电动势是正弦波

BLDC的逆变开关控制是同一时间两相导通的六步换向控制，PMSM的逆变开关是同一时间三相都可能导通的FOC控制。

BLDC的电流谐波噪声大，PMSM产生的谐波较少

BLDC转矩脉动大，PMSM的转矩脉动小

芯旺使用KF32增强型ECCP输出6路PWM，同一桥臂的上下两路PWM采用中心对齐且互补对称输出。KF32F系列MCU是基于KungFu32内核架构的高性能32位MCU。

采样电阻把电流信号转为电压信号，再通过差分运放（KF32含有运放模块，支持用内部运算放大器），放大电压信号，用KF32的ADC模块采样信号大小，采样值再经过FOC算法、PI控制环路去调整控制PWM输出的占空比，使电机的运行速度达到速度给定。

母线电流检测信号是过流检测，先进行信号放大，然后再输入比较器（KF32含有比较器模块，支持用内部比较器），如果检测到输入电压过大超过限值，那么比较器输出将产生故障信号，此输出信号输入给PWM模块的自动关闭控制逻辑。下图所示，基于KF32F3xx的BLDC控制方案。

KF32电机相关应用资源介绍

a）内核运算能力

32位高性能KungFu32内核，工作频率最高为120MHz，软件可调节

基于16位/32位混合指令的高效指令集

三级流水线

支持32×32单周期乘法

支持32÷32硬件除法

支持加减移位和逻辑运算

支持中断优先级处理，实现自动中断堆栈

b）增强型ECCP模块：ECCP的PWM模式为增强型PWM模式，1个模块具有四个通道产生8路PWM输出，并实现电路硬件保护功能。电机驱动需要三相6路PWM输出即可。

ECCP模块的PWM可支持多种模式选择：即PWM自由模式、PWM协同模式、PWM单时基模式。这几种模式的区别在于通道定时器时基的选择不同。电机应用时选择PWM单时基模式即可，也即设置4个通道选择相同的时基。

支持PWM信号多种对齐方式：PWM信号分为边沿对齐和中心对齐。

支持电机应用所需的三相互补输出模式

支持电机应用所需的带硬件死区控制功能：通过EECPx_PXDTCTL寄存器可以设置通道1/2/3/4的死区时间。每个通道均有独立的死区定时器。

支持独立设置每个通道的极性

支持PWM自动触发ADC采样

支持硬件过流保护监测

1、直流母线的检测电阻电压信号->放大器->比较器->PWM驱动关断

2、PWM模块具有自动关断功能，使能自动关断功能后，在外部关断事件发生时，该功能自动禁止PWM输出，然后四个通道的八个引脚输出电平置于其预定义的状态。此模式用于防止PWM破坏应用电路。

c）OP模块

支持增益软件可调：增益档位可通过OP_CTL0进行调整，可选择的放大倍数档位有10倍，20倍，40倍，80倍。

支持运放输出直连AD：运算放大器的输出可通过内部直接输出到ADC的输入通道，无需占用外部ADC输入通道。

d）CMP模块

支持正负端多输入端口可选：通过寄存器CMPx_CTL进行功能配置。PMOD<2：0>位用于选择比较器正输入端口；NMOD<2：0>位用于选择比较器负输入端口

支持可选内部参考电压

支持输出极性可选

支持中断边沿可选

支持数字滤波功能：每个比较器都集成了一个数字滤波器，通过CMP_CTLx寄存器的FLTEN位选择将比较器的输出通过滤波器，可以减少比较器震荡带来的误差

支持比较器输出作为定时器捕捉输入

支持比较器输出作为PWM关断源：电机应用中使用此比较器输出作为PWM关断源，进行故障检测

e）ADC模块：电流信号采样时，需要用到ADC模块，注意使用中心对齐的PWM驱动，并在所有下管导通时的脉冲中心点进行采样。

12位分辨率，1MSps

支持常规模式和高优先级模式

支持内部通道：ADC还有6个内部通道，独立的温度传感器通道和VREFINT以及4个内部OP的输出。内部通道和其他通道的使用方法相同。电机应用中可采用OP输出至ADC的内部通道直接在芯片内部进行采样

支持多种模式：模式包含了单次转换模式、连续转换模式、扫描模式

支持外部信号触发ADC

支持DMA触发

支持双AD模式

双ADC模式下，ADC0和ADC1配合起来工作。通道的触发信号，会同时触发ADC0和ADC1上的通道转换。

工作模式细分如下：

高优先级通道同步模式

常规通道同步模式

快速交叉模式

交替触发模式

混合（高优先级通道同步模式+常规通道同步模式）

混合（常规通道同步模式+交替触发模式）

混合（高优先级通道同步模式+交叉模式）

在双ADC模式中，当转换配置成由外部事件触发时，用户必须将其设置成仅触发主ADC（ADC0），同时将从ADC（ADC1）的外部触发屏蔽，这样可以防止意外的触发转换。

电机应用程序中，采用了双AD工作模式，ADC0和ADC1可确保在同一时刻同时采样电流信号，使能ADC的EOCIE中断，即ADC一次转换结束中断使能位，采样完成后进入中断函数入口执行算法程序。

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型号- PMS133-S16,PMS15A-S08,PMS133-S14,PMC153-S14,PMS163-2J16A,PT32F005F6X6R,PFS123-S16,PT32S032C6T6,PT32L031K6,PT32L033C8T6,PMC234-S20,PT32L076C8T7,PT32F030系列,PFC232-S14,PFS154-S16,PFC232-S16,PFS154-S14,PFS173-U06,PFS122-U06,PT32S038系列,PT32S038K6U6,PT32F005F6,PFS123-S14,PMC234-S16,PFS123-S08,PT32S038R8T6,PMS160-1N06,PFC161-EY10,PFC154-S08,PMC234-S14,PFS154-S08,PMS134-Y24,PT32L030C8T7,PMS134-H20,PFC154-S14,PFC154-S16,PT32X003F4X6CR,PT32L007F6P7,PT32L030K6,PT32S038K6T6,PFC151-S08,PT32S032K6,PT32L076KB,PT32S032K8,PT32F030C8,PT32L030K8,PT32F030C6,PT32L076K8,PFC161-U06,PT32L031S6U6,PT32L005F6X6,PT32Y003F4,PFC232-S08,PMC156-S16,PMS163-U06,PMC232-H20,PFC232-D16,PT32L030K6X7,PMS163-M10,PT32S038R8R6,PMS154C-S08,PTADN24,PT32F030C6T7,PT32F005系列,PT32F007F8P7,PFS173-S16,PFS173-S14,PMS15A-U06,PT32L005F6X6R,PMC150-S08,PT32X003系列,PFC460-S16,PMS154C-S16,PMS134-S14,PMS132-S08,PT32S038,PMS134-S16,PT32L031G6,PMC234-Y24,PFC460-S14,PMS150G-S08,PMS154C-S14,PT32L030系列,PT32S032C8T6,PT32L076K8X7,PT32L076系列,PT32F005F6X6,PT32Z192系列,PT32L076R8T7,PFS173-S08,PT32X003F4P6A,PT32S038K8U6,PT32L076CB,PT32L076CBT7,PMS160-U06A,PT32S038R6,PFS123-U06,PT32X003F4X6C,PT32L031F6,PT32S038R8,PFC460-T28,PFC460-S08,PT32X003F4P6B,PT32Y003E4,PMC251-S14,PFC460-T20,PT32Y003系列,PFC151-D08,PT32Y003F4X6DR,PT32S038C6,PT32S038C8,PT32F030K8T7,PT32L007F8P7,PT32L030C6T7,PT32Y003,PFC161-S08B,PFC161-S08A,PT32X003F4,PT32S038K8T6,PT32F030G8,PT32L030G8,PT32F030G6,PT32L030G6,PT32L031F6P6,PT32F030K8U7,PT32L033R6R6,PT32S032,PT32F007F6P7,PFC460-S28,PT32L076,PTADN24系列,PT32F030G8P7,PFC460-S24,PT32Z192KCX6,PFC460-S20,PMS163-1J16A,PMC131-S08B,PMC131-S08A,PT32S032K6T6,PMS160-2N08B,PMS160-2N08A,PT32L031S6,PMS171B-S14,PT32L076KBX7,PFS172-S14,PMC232-S14,PMC232-S16,PT32Z192RCR6,PMS171B-S16,PT32L076K8T7,PTADN24E0S6,PMC232-S20,PMC271-S08,PT32L007F8,P3910,PMS160-S08A,PMS160-S08B,PMS163-S16A,PMS163-S16B,PFS172-S08,PT32L076RBT7,PMS171B-S08,P3909,PMC271-S16,PT32F030K6T7,PT32L030G8P7,PT32,PFC460-H20,P3903,P3902,PFS172-S16A,P3901,PT32F605,PT32S032C6,PT32S032C8,PMC234-H20,PT32S038C6T6,PT32L030C6,PT32S032系列,PT32L076C8,PT32L031系列,PT32L005F6,PT32F030K8,PFS123-H20,PT32L030C8,PMC251-S08,PMC271-S14,PT32L031K6U6,PT32F030K6,PT32L005F6P6,PT32L076R8,PT32X003,PMS133-U08,PT32F030K6U7,PMS133-U06,PT32S032K6U6,PT32L030,PT32L031,PT32L033,PT32L030K8T7,PMS132-S16A,PT32L031G6P6,PT32F030G6P7,PT32L076R8R7,PMS132-S14,PT32Z192KEX6,PT32L031K6T6,PT32L033R8R6,PT32L005系列,PT32F007F8X7,PT32L007F6X7,PT32L076RB,PMS134-S08,P3609,P3608,P3607,P3605,PT32Z192,PT32S032K8T6,P3602,P3601,PFC232-D08,PFC232-D14,PT32F005F6P6,PT32L005,PT32Z192RER6,PT32L007,PT32L033C8,PT32L033C6T6,PT32L033C6,PMS152-S16,PMS152-S14,PFS122-S08,PT32L076KBT7,PT32L033R8,PT32L033R6,PT32F007F6,PT32F007F8,PFS173-H20,PT32S038R6T6,PFS122-S14,PFS122-S16,PT32F030,PFS154-U06,PMS171B-U06,PT32F005,PT32L030G6P7,PMS163-S14,PMS152-S08,PT32F007,PT32S038K6,PT32S038C8T6,PMC131-S14,PT32S038K8,PMC131-S16,PT32Y003J4,PT32L033系列,PT32L007F6,PT32L031K6X6,PMS163-S08,PT32F007系列,PT32S032K8U6,PMS163-4N10,PFC154-D08,PT32L030K8X7,PT32L076RBR7,PT32S038R6R6,PFC154-D14,PT32L030K6T7,PFC154-D16,PMS154C-U06,PT32Y003F4X6D,PT32F030C8T7,PT32F007F6X7,PT32L007E6,PT32L007系列,PT32Y003F4P6A,PT32Y003F4P6B,PT32L007F8X7,PMS134-U06

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中微半导诚参加2024全球MCU生态发展大会发表主题演讲

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