基于STEVAL-PTOOL2V1 紧凑型电动工具开发工具的变形PWM波产生应用经验

. 电动工具的主流的电流采样方式分析

电动工具目前应用最多的是六步方波的驱动方式,但是趋势在往FOC方向去转;

FOC 驱动方式具有下面的优点:

  1. 噪音可以大大降低;
  2. 可以节能5%--10%;
  3. 峰值力矩可增加 14%;
  4. 各个功率管的损耗一至,有利于热量的平均分布;
  5. 省去了反电动势检测的电阻网络;

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不管是方波还是 FOC , 对说电动工具的应用来说,电机电流采样方式几乎都是采用单电阻的方式实现,原因是:

  1. 电动工具对成本要求比较严格,单电阻采样是成本最优的方法;
  2. 电动工具是低压大电流的应用,单电阻应用更容易布局;
  3. 低压的应用的 dV / dt 比较小,单电阻采样干扰可以接受;
 
. 变型PWM波产生介绍

FOC驱动要实现单电阻采样就必须要实现常规PWM波型的有规律的变型,下面简单介绍一下 :

ST 的 PWM波型变型方式:

  1. 如下图,ST的专利算法是在 PWM 中间挖坑来得到采样窗口;

具体的实现方式如下:

STM32 系列单片机 Timer 有足够的功能,可以产生上面两种波形,机制如下:


(1)设定 CCR4 的 DMA 通道,并且设定此时 Timer1 的 preload 为禁止状态;

TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Disable);

(2)在 CCR4 比较值部分产生 DMA 事件;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&(TIM1->CCR1));

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)(uint32_t)(hDmaBuff2);

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2u;

….

TIM_DMACmd(TIM1,TIM_DMA_CC4,ENABLE);

(3)在 1 点上将 CCR1 数据直接修改为周期数据+1;

(4)在 2 点上将 CCR1 数据修改为 CCR1’的数据;

(5)时间计算上按照上面的图示设定,中间凹陷时间为两边补充波形时间之和。


  2. 目前最流行的波型变型方式是移相,如下图:

 

具体的实现方式如下:



(1)设定 Timer1 的 update 事件的 DMA 通道

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&(TIM1->CCR1));

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)(uint32_t)(hDmaBuff2);

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2u;

……

TIM_DMACmd(TIM1,TIM_DMA_Update,ENABLE);

(2)在 1 点上更新 CCR1 数据为 CCR1 数据;

(3)在 2 点上更新 CCR1 数据为 CCR1’数据;

(4)保证前后的移位时间相同。


. STEVAL-PTOOL2V1 紧凑型电动工具开发板介绍

如上图,STEVAL-PTOOL2V1是基于STSPIN32F0252的电动工具开发板,用到的 ST 的物料有:

主芯片:STSPIN32F0252

运放:TSV912

MOS : STL130N8F7

 

STSPIN32F0252是一款专门为电机驱动而设计的电机驱动芯片,具体的特点如下:

  1. 具有通用的内核(32-bit ARM ® Cortex ® -M0),内部没有固化任何软件,整个内核可供用户自由开发,软件全部由用户自我控制,充分体现了ST 电机驱动应用方面的自信和开放;
  2. 内置三相半桥栅极驱,门极驱动推电流0.85A, 拉电流1A, dV / dt瞬态抗扰度±50 V / ns

,完全可以满足大功率的电动工具的门极驱动需求;除此外:三相半桥栅极驱的工作电压范围是9V至20V;

  1. 内置过流保护的比较器;
  2. STSPIN32F0252 具有 TQFP 10x10 64L 和 QFN 10x10 72L 两种封装可选,除去了专用的引脚外,还有 21个通用的IO 可以供用户自由陪置应用功能(I 2C, USART 和 SPI 接口都有);
  3. 芯片的节温范围是:-40至+125°C,可以满足用户的绝大多数密闭空间,高功率密度的应用;




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