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  電機控制器作為連接電池與電機的電能轉(zhuǎn)換單元，是電機驅(qū)動及控制系統(tǒng)的核心，其重要性不言而喻。隨著市場需求的不斷擴大，人們對于電機驅(qū)動技術(shù)以及控制器性能的要求也越來越高。首先，電機系統(tǒng)數(shù)字化是必然的發(fā)展方向。電驅(qū)動控制系統(tǒng)在高性能高速處理器的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)復雜多變的控制算法，進一步提升電機效率。其次，電機系統(tǒng)輕量化和集成化也是發(fā)展趨勢。在控制器方面，實現(xiàn)功率器件、驅(qū)動、控制、傳感器、電源等的集成化，不僅減小體積，也有利于提高電機系統(tǒng)效率，降低能耗損失。

  兆易創(chuàng)新推出的GD30DR8306驅(qū)動芯片，集成了電機驅(qū)動，保護，LDO以及BUCK等多種功能，配合GD32E230系列MCU，開發(fā)了GD32E230C-FOC電機驅(qū)動參考設(shè)計，在電機驅(qū)動領(lǐng)域邁出了堅實的一步。

  GD32E230C-FOC介紹

  GD32E230C-FOC是一款電機驅(qū)動開發(fā)平臺，采用Cortex®-M23內(nèi)核的GigaDevice GD32E230C8T6芯片作為主控MCU，以GD30DR8306為驅(qū)動芯片，完成電機驅(qū)動功能的實現(xiàn)。

  GD30DR8306x是一款三相門驅(qū)動器，提供可選擇DC/DC降壓控制器。該驅(qū)動器包含三個半橋驅(qū)動器，每個驅(qū)動器能夠驅(qū)動兩個NMOSFET，并支持高達1.2A拉電流和1A灌電流。驅(qū)動器插入固定的死區(qū)時間，防止開關(guān)時高側(cè)和低側(cè)MOSFET短路擊穿。

  GD32E230C-FOC可通過按鍵和撥碼開關(guān)實現(xiàn)對電機的控制(模式選擇、啟停、剎車、切換轉(zhuǎn)向等)，1.3寸OLED液晶顯示運行狀態(tài)，實現(xiàn)多種定位算法。該板提供船型電源開關(guān)、SWD接口、Reset按鍵、旋鈕編碼器、電機接口及USART調(diào)試口等外設(shè)資源，可實現(xiàn)過壓/欠壓檢測、過流檢測等保護功能。

  GD32E230C-FOC支持BLDC或者PMSM電機，電壓范圍4.5V-30V，限流2A。該板采用狀態(tài)機機制來進行電機控制，電機的狀態(tài)主要有INIT(初始)，IDLE(空閑)、RUNNING(運行)、BRAKE(剎車)和FAULT(錯誤)5個，具體電機控制狀態(tài)機切換過程如圖狀態(tài)控制機所示，只要滿足相應(yīng)的條件即可進行電機控制狀態(tài)的切換。采用狀態(tài)機的機制進行電機控制管理，使得控制過程變得清晰明朗，更為高效。

  GD32E230C-FOC特性

  1. GD32E230C-FOC電機驅(qū)動開發(fā)平臺特性：

  ■ FOC矢量控制;

  ■ SVPWM調(diào)制技術(shù)支持七段式、五段式實現(xiàn)方式;

  ■ 支持三電阻和單電阻電流采樣;

  ■ 支持有感(HALL/ 增量式編碼器)定位方式和無感(龍伯格/ 滑模)定位方式;

  ■ 支持HALL、編碼器的偏移角自動識別;

  ■ 過壓、欠壓及過流檢測保護電路;

  ■ 1.3寸OLED屏幕實現(xiàn)電機控制、運行參數(shù)顯示，電機FAULT狀態(tài)報警顯示;

  ■ 旋鈕編碼器開關(guān)EC11調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速;

  ■ 按鍵實現(xiàn)模式選擇、啟停、剎車等功能;

  2. GD30DR8306x PMU主要規(guī)格介紹：

  ■ 4.5-30V電源電壓;

  ■ 可編程的柵極驅(qū)動電流，峰值1A源極和1.2A灌電流;

  ■ 智能高端和低端擺率控制;

  ■ PWM輸入控制高達200kHz;

  ■ 2種PWM模式(6x和3x);

  ■ 內(nèi)部5V / 2A DC-DC降壓控制器;

  ■ 3.3V和5V數(shù)字接口;

  ■ 集成5V LDO;

  ■ 散熱增強：QFN32(5x5);

  ■ 保護功能：

  ■ –死區(qū)時間插入;

  ■ –MOSFET直通保護;

  ■–過溫保護;

  ■ –故障診斷;

  ■–VP和VDD欠壓鎖定(UVLO);

  3. GD32E230系列MCU主要規(guī)格介紹：

  ■ Arm Cortex-M23@72MHz, 55DMIPS的處理性能;

  ■ Flash：64KB/32KB/16KB;

  ■SRAM：8KB/6KB/4KB;

  ■ 高速高精度ADC, 12BitsADC x 1@2.6Msps，10通道;

  ■ 高級定時器x1，可產(chǎn)生6路死區(qū)可調(diào)的互補PWM輸出;

  ■ 通用定時器x5;

  ■ Flash帶硬件加密保護;

  ■ 多種串行通訊方式：I2Cx2, SPIx2, UARTx2;

  ■ 豐富的封裝類型：TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/ LQFP48;

  ■ 供電電壓：1.8V~3.6V;

  ■ 工業(yè)級的工作溫度范圍：-40℃~+85℃;

  ■ 工業(yè)級的ESD特性：6000 Volt;

  4. 電機參數(shù)介紹：

  (該平臺選用常州精控電機為例，具體參數(shù)如下)

  型號：常州精控電機JK57BLS02型號PMSM電機;

  接線順序為三相繞組：U(黃)V(綠)W(藍);

  HALL端子：+5V(紅)GND(黑)A(黃) B(綠)C(藍);

  極數(shù)：4極;

  相電阻：0.33Ω;

  額定電壓：DC24V;

  額定轉(zhuǎn)矩：0.22N·M;

  額定轉(zhuǎn)速：3000±10% RPM;

  空載轉(zhuǎn)速：3800±10% RPM;

  空載電流：0.7 Amps Max;

  輸出功率：69W;

  反電動勢常數(shù)：6.3V/KRPM;

  轉(zhuǎn)矩常數(shù)：0.06 N·M/A;

  絕緣等級：Class B;

  繞組連接方式：星形;

  GD32E230C-FOC優(yōu)勢

  1. 驅(qū)動電壓范圍寬

  GD30DR8306x支持4.5-30V寬范圍電壓輸入，以滿足不同方案需求。

  2. LDO輸出能力高

  GD30DR8306x自帶的LDO可支持5.0V/40mA輸出，在保證驅(qū)動芯片正常運行的同時，還可以帶載一些外部器件。

  3. 可選擇BUCK電路

  GD30DR8306x中集成了一個DC / DC降壓控制器，該控制器驅(qū)動一個外部高端N溝道MOSFET，以提供2A的輸出電流，輸出調(diào)節(jié)至5V。

  4. 驅(qū)動電流

  可編程柵極驅(qū)動電流，可承受峰值1A拉電流和1.2A灌電流。

  5. 高頻率PWM控制

  GD30DR8306x支持高達200KHz的PWM輸入控制。

  6. 支持多種算法

  GD32E230C-FOC支持HALL、ENCODER、LUENBURGER和SMO四種控制方案。

  7. 保護種類多

  驅(qū)動芯片支持過熱保護、故障診斷、VP和VDD欠壓鎖定，系統(tǒng)整體支持輸入過壓、欠壓、過流等多種保護。