无刷电机控制MCU在工控、智能家居场景的应用案例

发布时间：2024-03-22 阅读量：774 来源: 我爱方案网作者: bebop

摘要：在当前下游需求多样化的趋势下，电机控制领域更易出现专门针对一类行业、应用去开发的MCU产品，根据主要应用场景的功能需求差异，主要有侧重高能效的家电类、侧重控制精度和安全性的工控类、侧重集成度与性价比的电动工具及高端消费类，受益于电机控制领域的百花齐放特征，国产MCU厂商根据自身优势深耕特定客户、行业，在部分细分领域已初步完成国产替代。

我爱方案网配合原厂发展方案商生态，今天推荐成功导入HC32F460、HC32M140的应用方案，它能够帮助伺服、变频控制、吹风筒和电动自行车等领域应用的终端设备制造商选用即插即用方案PCBA。

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伺服驱动器的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动工作装置。电机在现代生活中无处不在，除汽车领域外，根据国际能源署的数据，电机占全球总电力消耗的45%，因此电机驱动电子产品的可靠性和能效会对下游各种应用的舒适性、便利性和环境产生影响。

无刷电机驱动控制的市场不断增长。与其他类型电机相比，无刷直流电机（BLDC）具有电机效率高、驱动控制方式多样化、驱动控制算法复杂、可靠性高、噪音低、能耗低等优势，可在较宽调速范围内实现快响应、高精度的变速效果，充分契合终端应用领域对节能降耗、智能控制、用户体验等越来越高的要求，BLDC下游应用市场广泛且不断扩展。

无刷直流电机是现代运动控制的重要组成部分，主要通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品，被广泛应用于智能家居、工业机器人、数控机床等自动化设备中。

小华HC32系列MCU，以卓越的运算性能、加强的SRAM、丰富的外设资源，在电机控制产业中有所应用，实现部分国产替代，以下分享一些已量产的案例及其技术实现方式，以作参考。

1.小华HC32M140风机主控方案

系统框图

HC32M140 系列产品为小华半导体研制的 32bit 基于 ARM-Cortex M0+ 的 MCU，与传统的 CPU 内核相比，效率更高，功耗更低。更宽的工作电压范围，可同时支持 3V、5V 系统。集成 TIMER4、异步串口、SPI、I²C、12 位高速 ADC、运算放大器、电压比较器等丰富的外设资源。本产品是华大半导体在 M0+ 平台上的第一颗 5V 电压产品。

方案特点

（1）无感FOC控制系统，电流THD小，转矩平稳，噪音低，观测器响应快，参数敏感性低（最大允许20%的参数偏差）

（2）支持顺风、逆风、静止启动，启动转速范围大，逆风启动无过压、无过流，启动时间短

（3）过流保护、过欠压保护、堵转保护等软硬件保护

（4）恒转速、恒转矩、恒功率、恒风量等多种控制模式

（5）丰富的控制函数库，快速实现客制化应用

应用场景：

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。

2.电动工具方案

方案以HC32M140为主控芯片，基于无传感器六步换相控制算法，实现BLDC电机大扭矩启动和高速运行，保护功能齐全，适用于电钻、角磨机、冲击钻、电动扳手、电锤等低压中小功率电动工具应用场景。

方案特点

48MHz主频、8KB RAM/128KB Flash内存资源、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER

基础功能：反电动势过零检测算法（支持ADC和比较器）、电流/电压采样

复杂工况：静止堵转启动、低速大扭矩运行、顺逆风启动、刹车功能

系统保护：过流保护、过压/欠压保护、长时间堵转保护

支持多种转速设定信号（PWM、ADC等）

3.高速吹风筒方案

方案简介：

高速吹风筒方案采用小华超低功耗HC32M120主控MCU，内置先进的无位置传感器FOC控制策略，实现连续平稳的风机调速系统，具备顺风、逆风、静止状态下无抖动即时启动功能，30cm距离测量运行噪音75db以下，为行业中上水平;启动稳定性好，一次启动成功率可达99.7%以上；运行效率高，220V机种，10.5万RPM最高风速档位运行，PCBA级实测输入功率92W，优于市场主流方案。

方案特点：

快速启动：启动稳定可靠，可在500ms内加速至额定转速

快速停机：采用主动刹车，无过压、过流风险，支持掉电刹车

高速控制：最高电转速可达2000+Hz

工作电压范围大：适用220VAC、110VAC、24VDC供电

丰富的保护功能：过欠压、过流、过功率、堵转、缺相等系统保护

芯片资料：

方案采用小华HC32M120主控MCU，M0+ 内核，32bit, 48MHz可确保FOC算法运行，芯片内部集成了电机控制功能：最大12通道的12bit 1MSPS ADC，8个多功能16bit Timer(TimerB)支持输入捕捉、输出比较、PWM输出，1个16bit Timer(Timer0)支持异步计数以及电机算法加速引擎等功能，具备转速精度控制高，电机震动噪声小等优势。

应用场景：

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。

4.电动自行车

方案简介：电动自行车电驱控制板方案以HC32M120为主控芯片，同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外围电路构成。主要功能：EBS、能量回馈、HDC、霍尔修复、相序自识别、一线通、三速、GB_25KM、1:1电动助力等。

方案特点：

48MHz主频、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER、温度范围：-40℃~105℃

丰富的基础函数库、SVPWM系统、电机专用控制库模块

FOC控制系统优势（正弦电流、转矩平稳、低噪音）

平地/坡道/溜坡/滑行/带载启动优势（启动转矩大、重载启动高可靠）

客制化控制流程优势（丰富的模块化电机库）

完善的系统保护功能（过流、过压、欠压、堵转、飞车、短路等保护）

5.洗衣机变频控制方案

方案以HC32F460为主控芯片，单芯片实现洗涤电机与烘干风机的双电机变频控制；采用无感FOC控制算法，运行噪音低，电流谐波小；支持多种采样方式，内置放大器和比较器，节省BOM成本；完善的系统保护功能：过压、欠压、过流、堵转、缺相等；支持异常情况下的紧急停机功能。

方案特点：

1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4内核MCU HC32F460

2.支持FPU，大幅度提升算力

3.高效Cache，保证CPU零等待执行性能

4.多功能PWM Timer，支持多个电机控制

5.12位2Msps高精度ADC单元，灵活支持多种采样方式

6.内置PGA、CMP

7.EMB可独立控制每个通道

8.系列丰富，封装从48Pin到100Pin，适应不同设计需求

应用领域：冰箱、空调、洗衣机、变频控制板

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