1.簡介：本文簡單介紹基于MM32SPIN05TW之無傳感方波驅動于"小型水泵"的應用實例。

方案特色:

ARM Cortex-M0高性能電機驅動專用芯片

32K字節閃存、4K字節存儲器、72MHz高速運行,并自帶除法器、ADC、比較器…等

120/150度無傳感方波驅動

電機轉速可達100,000rpm (2極電機)

速度命令輸入可為模擬電壓或PWM信號

FG輸出

定轉速或恒功率運轉

完整的保護機制:過流保護、堵轉保護、過壓/欠壓保護

水泵專屬特點:

空載時，以高轉速產生大吸力將水提上來

帶載時，以高扭矩滿足量程的要求

圖1.左圖：常見的24V/13W小型水泵；

右圖：采用MM32SPIN05TW的驅動板

2.無傳感方波驅動技術原理

在此介紹無傳感方波驅動的技術原理與實現方法。

相電壓與霍爾信號的對應關系

帶傳感器(霍爾組件)的方波驅動，MCU可藉由霍爾信號的變化取得轉子的位置以正確換相。當無霍爾組件時,該如何取得轉子的位置呢？觀察下圖之帶霍爾組件的方波驅動波形，換相點皆位于霍爾狀態改變之際,如藍色虛線所示.同時亦可發現,在霍爾狀態維持不變的期間，必有一相"未被驅動"而慣性地轉動并呈現發電機狀態,如紅色指標所示。這段"未被驅動"的期間極為有用,我們將利用它的電壓變化來取代霍爾組件的功能。

圖2.相電壓與霍爾信號的對應關系

過零點偵測取代霍爾信號

本節要教大家如何利用這段"未被驅動"的慣性轉動區的電壓變化來取代霍爾組件的功能.請參考下圖,首先我們定義"Zero-crossing Point(過零點)"，如紅點所示."過零點"這個名稱的由來是：該點位于某相"未被驅動"期間的正中央,相電流在它之前30度(換相前)與它之后30度(換相后)的流向是相反的。因此,若能偵測到該點的位置,則再延遲30度便是下一個換相點,這樣就可以取代了霍爾組件的功能了！

再觀察下圖，過零點所在位置的相電壓(PWM信號為High時)，約略是DC_bus的1/2,我們可以使用MCU的ADC采樣功能來執行這項偵測工作，下一節將說明具體的實現方法.注意：下圖ㄇ字型黑框的凹陷或凸起的相電壓變化，是因為換相瞬間的電流變化作用于電機的繞組所造成的(V=L*di/dt),必須避開后才可進行過零點偵測。

圖3.過零點偵測取代霍爾信號

過零點偵測之實現方式

使用MCU的ADC來偵測過零點之前,必須先對相電壓做分壓,再經過低通濾波以獲得位準低于5V的直流電壓.而判斷過零點的閾值，則設置為該直流電壓幅值的1/2. 隨著電機轉速與負載的不同,該直流電壓的幅值是會改變的.因此,過零點的閾值也隨之在調整，這可由MCU實時采樣并計算而得.示意圖如下：

圖4.過零點偵測之實現方式

3.硬件設計

基于MM32SPIN05TW之無傳感方波驅動于"小型水泵"的電機驅動板參考原理圖如下：

圖5.基于MM32SPIN05的中小功率水泵

電機驅動板原理圖

4.電壓波形

本應用案例采用120度方波驅動,在空載和帶載時的相電壓波形如下: (轉速分別是12000rpm和5500rpm)

圖6.空載和帶載時的相電壓波形

5.結論

MM32SPIN05系列是靈動微電子推出的基本型高性能電機驅動專用芯片，能滿足大多數方波/弦波算法的需求.基于MM32SPIN05的各種電機驅動參考方案,請洽靈動微電子銷售人員。