設計基於STM32G431的MCU控制卡實現小體積300W BLDC馬達控制

馬達將電能轉換成機械能,是所有各型機械負載動力的來源。馬達應用的場合,軟、硬式磁碟機,半導體製程設備,機密電腦數值工具機、電動載具(電動腳踏車、電動機車、電動汽車)等,均必須藉由馬達驅動負載達到自動化、省力、省電等目的。根據輸入電源的形式,馬達大致分為直流與交流兩大類。交流馬達大致可分為三類:同步馬達、感應馬達及磁阻馬達。同步馬達又可分為永磁式同步馬達與無刷直流(BLDC)馬達兩類。

300W BLDC 驅動器控制卡及韌體撰寫,採用低價位高性能之微控制器(MCU, STM32G431)完成實體製作,其中控制策略及變頻器脈波寬調變法則,皆由微控制器之數位控制程式完成之。

STM32G431控制卡

其系統架構圖如下

系統架構圖
控制方塊與實體圖,BLDC 控制核心使用STM32G431 撰寫PMSM 控制演算法,並採用三個Hall-effect sensor 訊號作為馬達位置回授,藉此達成FOC 的控制,始馬達可精確將電流輸出在正確的相位,提供較小的驅動電流。



測試報告如下

效率


加減速時間





最低轉速控制

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

MCU 係用意法半導體(ST)生產之STM32G431,此MCU 內建有類比/數位轉換器,可作電流回授及類比式轉速命令的輸入。 也有霍爾效應感測器(Hall-effect sensor)的計數器,可作馬達磁極角位置及軸轉速的偵測用。 並有脈波寬度調變(PWM)功能,作為變頻器的控制用,如此,將可減少硬體電路,降低成本,提高性能。

►方案規格

驅動器效率 93%@300W(drive output); 馬達效率 80%@250W(motor output); 額定電流 1.2A rms; 加/減速時間 <1.5 sec (靜止加速至1000 RPM@no -load ); 最大驅動電流 200%額定電流可持續5 sec; 轉速控制範圍 100 ~ 4000 RPM; 轉速調節率 < ±1.5 %(額定轉速); 軟體設定功能 輸出轉矩限制 (預設200%額定電流); 驅動器功能: 1. 轉速控制及矩限制 2. 正反轉控制 3. 簡易加減速控制 4. 應用:工具機平台移動控制