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高压FOC电机驱动方案,精准控制实现超静音

在国家不断加强节能减排的政策背景下,高效、静音、智能化成为工业或家用电子产品的主要发展趋势之一。为此,Fortior Tech推出的FU68系列单片机(包括:FU6811,FU6812,FU6813,FU6831,FU6832,FU6818,FU6861)是一款集成 8051 内核和电机控制引擎(ME)的“双核”电机驱动MCU,8051 内核处理常规事务,ME 处理电机实时事务,芯片内部集成有高速运算放大器、高速ADC、高压 LDO,只需简单的外围处理便可实现高效率的FOC(磁场定向控制)电机驱动。FU6811的无感FOC驱动主要应用在各类风机和水泵上,典型应用如空调室内机、室外机、油烟机、洗涤泵、吊扇、落地扇。

本方案主要介绍FU68系列单片机,MCU的无感FOC驱动的主要特性和使用方法,以及示例程序的控制特性和功能。

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FU68系列单片机 FOC应用特点:

FOC固化,运行速度快:以硬件实现所有FOC运算,节约了软件运行时间,最高PWM频率可达40KHz,可应用于高速电机(>25000RPM);

控制精度和效率高:FOC采用Q15格式,电角度360°扩展到2^15,角度分辨率可达0.01°,可对电机实现高精度控制;优化的位置估算算法可实现高效率控制;

静音效果好:FOC算法可以精确控制驱动电流为光滑正弦波,转矩脉动小,同时实现超静音工作;

启动特性好:根据负载转矩变化调整启动力矩和启动方式,保证了启动可靠性和平稳性;启动速度快,启动时间比常规启动方式短50% ;

硬件电路简单:内部集成高速运算放大器、高压 LDO,简化外围电路,降低产品成本,提高系统的可靠性。

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FOC方案应用:

为方便客户开发,我司在基于FU68系列单片机开发了FOC驱动方案示例程序,其具备以下特性:

1.启动控制

 (1)检测电机初始状态,实现动态启动(包含顺风启动和逆风启动)

 (2)侦测负载转矩变化调整启动力矩,提高启动可靠性

 (3)可根据需要选择启动方式和时间

 (4)可设定最大启动电流限流

2.控制方式

 (1)电流闭环为内环,恒风量控制、恒转矩控制、恒速度控制、恒功率控制等多种控制可选为外环。

 (2)调速接口有:SREF模拟调速、PWM调速、UART串口调速。

3.状态显示

   通过LED亮灯状态表示系统运行状态和故障信息。

4.保护控制

   内部包含全面的保护,可根据需要选择使能对应的保护,再根据实际情况微调即可。

 (1)过压保护:大于过压电压门限触发过压保护,小于恢复电压门限系统重启

 (2)欠压保护:小于欠压电压门限触发欠压保护,大于恢复电压门限系统重启

 (3)过流保护:大于过流电流门限触发过流保护,可设定重启次数

 (4)FO保护:大电流冲击触发硬件过流保护,系统不重启

 (5)堵转保护:可设定堵转重启时间,以及堵转重启次数

 (6)缺相保护:电机线接触不好时,可实现缺相保护,重启时间和次数可设定

 (7)过温保护:大于过温设定值触发过温保护,小于温度恢复值系统重启

5.用户接口

   内部包含多种用户接口方式,可根据需要选择使能对应的接口,实现控制需要。

 (1)Key接口:定义按键接口,按键扫描给出Key命令,用户可自定义Key命令,如ONOFF、FR控制命令

 (2)SREF接口:ADC采样电位器值,给出SREF命令,用户可自定义SREF命令,如闭环Speed参考值

 (3)PWM接口:捕获PWM信号,获取PWM Duty,给出PWM命令,用户可自定义PWM命令,如闭环Speed参考值

 (4)UART接口:UART扫描接收UART数据并给出UART命令,用户可自定义UART命令,如ONOFF、FR控制命令,闭环Speed参考值

 (5)Buzzer接口:定义蜂鸣器接口,蜂鸣器扫描接收控制命令,实现报警或者提示音控制,用户可自定义,如按键提示音控制、档位提示音控制

6.调试接口

   在默认功能特性情况下,程序给出Customer.h文档作为用户调试接口,用户只需修改相应参数便可实现电机通用功能控制。


FU68系列评估板包括:

低压应用评估板(FU6831,FU6832),支持功率50W,支持电压DC7-36V;

中压应用评估板(FU6818,FU6861),支持功率200W,支持电压DC12-80V;

高压应用评估板(FU6811,FU6812,FU6813),分为小功率通用demo,支持功率100W和吊扇专用demo,支持功率50W,支持电压AC220V;中功率通用demo和油烟机demo,支持功率250W,支持电压AC220V;大功率通用demo和料理机demo,支持功率2000W。


小功率评估板FU6811包含:

1、FU6811高压驱动板

2、FU68XX仿真器

3、FOC应用方案调试手册

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图1 FU6811高压驱动板

原理图:

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