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分分钟带你入门无刷电机控制——P-NUCLEO-IHM001套件评测

电动机无刷电机 P-NUCLEO 开发套件

2016-01-04
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作者：刘昆磊
来源：21ic

[导读]
电动机作为当今各个领域的动力主要来源，如今全世界大约二分之一的发电量被电机消耗掉。这样，它的控制能效至关重要。ST(意法半导体)公司致力于建立高效电机控制生态系统，不仅有适用于电机控制的微处理器MCU、电机驱动IC，还提供有免费且易于使用的电机控制软件算法，协助电机控制工程师快速实现高效的电机矢量控制方案。

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上使用的是ST公司为三相无刷电动机设计的DMOS全数字驱动器L6230，采用PowerSO36封装，内部带有过流和过热保护。

X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的规格数据和主要参数如下：

(a)无刷直流电动机和永磁同步电动机的三相驱动板

(b)通常的工作电压范围在8-48V直流电

(d)操作频率高达100KHz

(e)非耗散过流检测和保护

(f)热检测和过热保护

(g)与ST的梯形6步算法和矢量控制算法完全兼容

(h)完全支持有传感器和无传感器模式

(i)为电动机电流检测可配置为3电阻或1电阻检测的跳线

(j)提供霍尔/编码器形式的电机传感器接口和电路

(k)提供DAC、GPIO等的调试接口

(l)板载电位器接口可控制电机速度

(m)具有预留的测试点

(n)兼容STM32 Nucleo核心板，配备ST morpho接口

X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的应用目标：

(a)低压永磁同步电机驱动器

(b)低功耗风扇

(c)电动工具

(d)工业传动

其中核心的电机驱动器为ST公司推出的三相无刷直流电动机驱动器L6230，POWERSO36封装，内部集成独立的DMOS功率晶体管，具有过流保护，具有独立的电流传感器接口，可方便选择电流检测形式，用于矢量FOC控制。

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图2-8 L6230驱动器

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图2-9 L6230功能框图

其主要特点为：

a)工作电源电压为8至52 V

b)2.8 A输出峰值电流(1.4 A RMS)

c)RDS(ON)0.73Ω(典型值)。

d)集成快速续流二极管

e)工作频率高达100 kHz

f)非耗散过流检测和保护

下图是L6230在矢量控制算法中的典型电路，注意三个电流采样电阻是必须的。

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图2-10 L6230典型应用电路(FOC)

下图是梯形6步控制算法的典型电路。

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图2-11 L6230典型应用电路(Six-step)

下面来分析一下X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的功能结构

(1)集成了三相桥式L6230驱动器

主部分是基于L6230。这是一个DMOS完全可配置的三相无刷BLDC/ PMSM电机驱动器。电源电压通过外部连接器(J1)。用(J9)跳线设置能够选择是否数字部分NUCLEO-F302R8核心板使用USB或通过扩展板供电。

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图2-12 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板功率部分结构

具体电路如下：

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图2-13 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板L6230电源电路

(2)过电流检测(OCP)和电流感应测量

L6230驱动器具有不需要外部电阻实现过流保护与的内部检测电路。在L6230内部电流检测并与内部的电流基准比较，当电流过流时，会在DIAG引脚输出低电平表示。

DIAG引脚最终连接到NUCLEO-F302R8核心板上，当检测到过流，立刻停止输出驱动信号。

其中电流检测可以使用J5和J6跳接线来选择使用3电阻还是但电阻结构，并最终影响选择的控制算法。

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图2-14 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板电流检测跳线

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图2-15 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板电流检测电路

(3)霍尔/编码器电机的转速传感器

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上，预留了一个用于检测电机速度的霍尔/编码器传感器检测接口J3。可以通过这个接口外接速度传感器，构成带速度环的闭环调速系统。同时这个接口还提供了一个+ 5V和GND的电源接口，供外接传感器使用，同时可用J3跳接线选择是速度传感器否使用上拉电阻。

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图2-16 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板霍尔/编码器接口

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图2-17 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板霍尔/编码器接口电路

(4)电动机位置检测

在X-NUCLEO-IHM07M 1扩展板上提供了电动机位置检测电路，可以选择2中方法，一种是有传感器方案(使用霍尔/编码器电机的转速传感器)，另一种是无传感器方案。具体电路如下：

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图2-18 X-NUCLEO-IHM07M 1扩展板电动机位置检测电路

(5)总线电压和温度检测电路

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上，提供了总线电压感测和温度测量的电路，其中总线电压检测是由电阻分压器来完成的，温度检测是由一个NTC温度传感器完成，可构成过压、过热保护。具体电路如下：

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图2-19 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板电压检测与温度检测

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图2-20 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板电压检测与温度检测电路

最后，在使用X-NUCLEO-IHM07M1扩展板时，特别要注意跳线的设置，其中跳线的定义如下表定义：

表2-1 X-NUCLEO-IHM07M1扩展板跳线

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注意，在使用X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的J9跳线时，如果想要通过扩展板向NUCLEO-F302R8核心板供电时，需要将J9跳线短接，同时NUCLEO-F302R8核心板的跳线JP5必须选择2-3引脚短接，这是要注意X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的J1上外接的电源不能大于12V，避免烧坏NUCLEO-F302R8核心板。

具体的X-NUCLEO-IHM07M1扩展板跳接线图如下图所示。

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