近年来，无刷直流电动机在现代社会的众多领域中得到广泛应用，包括电动汽车、家用电器、办公自动化、工业控制、医疗器械等领域都有它的身影。它除了保持有刷直流电动机优越的启动性能和调速性能外，其最大的特点就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构，因而具有低损耗、高效率、寿命长、噪声低、运行可靠、维护简便等一系列优点。
虽然无刷直流电机有诸多优点，但是在控制上却有一定难度。无刷直流电机的机械结构简单，这就要求驱动电路要有一定的复杂度，并且需要由 MCU 产生电机所需要的波形来控制电机的转动。
大联大世平集团针对低压无刷电机，推出基于灵动微 MM32SPIN360C 的无刷电机驱动方案。此方案采用的 MM32SPIN360C 内部集成了一部分驱动电路，所以方案的外围电路比较简单。适用于多种应用场合，比如空气净化器、服务器风机、吊扇、落地扇、电动手工具、吸尘器、无人机电调、小型水泵等。
图 1 . 世平 MM32SPIN360C 无刷电机开发板
关键元器件介绍：
- 主控
主控 MCU 采用的是 灵动微 MM32SPIN360C，使用高性能的 ARM Cortex-M0 为内核的 32 位微控制器，最高工作频率可达 96 MHz，内置高速存储器，丰富的 I/O 端口和多种外设，包括：
- 128KB Flash，12KB SRAMB
- 包含 12 位的 ADC，采样速度高达 1Msps
- 5 个通用定时器、2 个针对电机控制的 PWM 高级定时器
- 1 个 I2C 接口、2 个 SPI 接口和 2 个 UART 接口
- 针对电机应用内置 3 个运放，3 个比较器
- 内嵌经出厂调校的 48MHz 高速振荡器
- 内置预驱工作电压 7V ∼ 48V
- 5V LDO 稳压器，输入电压最高 13.5V
- 提供 QFN48 封装
图 2 . 灵动微 MM32SPIN360C 框图
- N-MOSFET
电机驱动部分，方案采用 6 颗 N-MOS 管来做电机的电子换相控制。芯片采用的是 Nexperia 的 PXN012-60QL。PXN012-60QL 体积小、功耗低、漏源电压（VDSS）可以达到 60V，连续漏电流（Id）可以达到 42A，开关频率可以达到 30KHz 以上。
- 电源
方案采用的电源芯片是圣邦微的 LDO： SGM2225-ADJ，其特点如下：
- 宽电压输入 Vin：3.6~36V
- 输出电压可调 Vout：1.8V~15V
- 最大输出电流 Iout：800mA
- 低噪音、低损耗电压
- 封装小，最小封装大小为 3*3mm
- 过流/短路保护
- 过热保护
- 工作温度范围：-40~+125℃
驱动软件说明：
方案的软件部分采用灵动微的 FOC 软件库架构，整个软件结构清晰易懂。软件采用双环控制（电流环+速度环），矢量控制的框图如下图所示：
图 3 . 电机矢量控制框图
- SVM
空间矢量脉宽调制（SVM）是 FOC 的基础，是根据其所在扇区选择非零矢量与零矢量合成而成，有五段式、七段式、混合式。七段式开关次数较多，但谐波较小；五段式开关次数是七段式的一半，但谐波较大。
代码采用的是七段式。其实现流程大致如下：
① 判断合成矢量所在扇区
② 计算相邻矢量作用时间
③ 计算各桥臂导通时间
④ 得到各相PWM占空比
⑤ 更新相应寄存器值
- Current Sensing
图 4 . 电流采样原理
- SMO+PLL
在速度环，软件采用基于滑膜观测器（SMO）和锁相环（PLL）方法对电机转子的速度估计与控制。
- 软件架构介绍
灵动微的 FOC 软件结构如下图所示，这套软件具有如下特点：
① 时序清晰 —— 仅使用一个常用中断，减少可能的时序冲突和 BUG。
② 便于移植 —— 算法层、驱动层、数学库完全独立，软硬件配置完全剥离，互不干扰。
③ 定标统一 —— 统一 Q15 小数定标。
④ 函数模块化 —— 逻辑清晰的状态机，简洁明了的状态切换。
⑤ 配置方便 —— 主要参数配置意义明确，可视化
图 5 . FOC 软件结构