【NXP电机驱动套件MAPS-56F84000】试用之二电路分析

作者: wangzh_2002
上传时间为: 2017-07-13 02:48 PM

【NXP电机驱动套件MAPS-56F84000】试用之二电路分析

首先是控制的核心DCS芯片:MC56F84789

NXP的MC56F84789数字信号控制器不仅带有兼具DSP和MCU优点的内核,同时还集成了诸多如脉宽调制器( PWM)、模数转换器( ADC)、定时器、 DMA、内部模块互联单元( XBAR),通信外设( SCI, SPI, IIC),和片内Flash和RAM存储器等专用外设模块,非常适用于数字电机控制应用。

MC56F84789集成以下功能模块:

  • 100 MHz内核
  • o 单周期32位乘以32位结果为32位或64位乘 – 累加指令,支持一个可选的32位并行数据搬移指令

    o 单周期16位乘以16位结果为16位或32位乘 – 累加指令,支持两个可选的16位并行数据搬移指令

    o 四个包含扩展位的36位累加器

  • 片内288 KB Flash
  • 片内32 KB RAM
  • COP看门狗
  • 中断控制器
  • 系统集成模块
  • 8通道高精度脉宽调制器
  • 8通道标准脉宽调制器
  • 定时器
  • 两个16通道高速12位ADC
  • 一个16通道16位SAR ADC
  • 一个12位DAC
  • 四个带6位参考DAC的模拟比较器
  • 串行通信接口: IIC、 SCI、 SPI和CAN
  • 四通道DMA
  • 两个内部模块互联单元( XBAR)
  • 与/或/非模块
  • 低功耗控制模块
  • 循环冗余校验码产生器
  • MC56F84789的eFlexPWM模块提供了非常灵活的配置功能,可以实现高效的三相永磁同步电机和PFC的控制。该eFlexPWM模块还能在中心对齐模式下产生非对称的PWM输出。

    eFlexPWM模块有以下主要特点:

  • 16位分辨率,支持中心对齐、边沿对齐和非对称PWM输出
  • 高精度小数延时功能,同时支持高精度PWM频率和占空比
  • 改善分辨率的抖频功能
  • 支持互补或独立PWM输出
  • 支持符号数PWM生成
  • PWM两个边沿的独立控制
  • 支持与外部硬件或其它PWM模块同步功能
  • 双缓冲PWM寄存器
  • 每个PWM周期多个硬件触发输出
  • 支持双开关PWM输出
  • 每个故障输入能控制多个PWM模块输出
  • 可编程的故障引脚输入滤波器
  • 独立可编程的PWM输出极性
  • 独立的上下管死区时间插入
  • 每个互补PWM信号对有自己独立的PWM频率和死区时间
  • 每个PWM输入支持独立的软件控制
  • 通过FORCE_OUT事件,能同时更改所有PWM输出状态
  • PWM_X能配置成为每个PWM模块第三个PWM输出信号
  • 未作为PWM输出使用的通道能配置为带缓冲的比较输出功能
  • 未作为PWM输出使用的通道能配置为输入捕获功能
  • 增强的双边沿捕获功能
  • 每个PWM互补对的源信号可以来自以下信号:
  • o 外部数字引脚

    o 内部定时器通道

    o 内部模块互联单元( XBAR)输出

    o 经过高低限幅寄存器处理的外部ADC输入

    12位ADC模块有以下主要特点:

  • 12位分辨率
  • 支持最高20 MHz输入时钟
  • 高达6.67 MSPS采样率
  • 单次转换时间: 8.5个ADC时钟周期
  • 顺序转换时间: 6个ADC时钟周期
  • 并行同时转换模式下,完成8个通道转换仅需26.5个ADC时钟周期
  • 通过内部模块互联单元,能实现与如eFlexPWM等模块的同步操作
  • 顺序扫描模式可存储多达16个测量结果
  • 并行扫描模式每个ADC模块可存储多达8个测量结果
  • 支持扫描暂停并在新的触发输入来临时继续原来扫描序列
  • 可配置输入信号增益: x1、 x2和x4
  • 如果转换结果超过限幅或有过零发生,可配置在转换完成后产生中断事件
  • 当扫描结束或转换结果已经就绪,可触发DMA功能搬移转换结果数据
  • 通过减去预编程的偏移值,可实现采样纠正功能
  • 支持有符号或无符号结果输出
  • 支持单端或差分输入
  • 三个模拟输入支持滞环PWM输出
  • 上面重点介绍了eFlexPWM和12位的ADC模块,是因为MAPS-MC-LV3PH开发板正是利用了这两个模块来实现BLDC电机的驱动的,6路eFlexPWM实现高桥和底桥的驱动,ADC实现电压、电流的告诉实时监测,当然还有定时器实现相位(方向)的转换。

    驱动电路见下图:

     

     


    电路中,MC56F84789给出三路UH、VH、WH的高桥PWM驱动信号和三路UL、VL、WL的底桥PWM驱动信号,这六路PWM经过电机预驱动芯片MC33937进行信号的放大处理,驱动T4、T3、T2高桥mosFET和T13、T12、T11底桥mosFET,mosFET的输出UO、VO、WO分别接电机的三相线圈,驱动电机运转,V_U、V_V、V_W进行三相电压的采样,I_U、I_V、I_W进行三相电流的采样,HU、HV、HW接三个霍尔传感器判断当前电机转子的位置。

    这个驱动电路的一个核心就是预驱动芯片MC33937,它实现了:

    • 1)三相无刷直流电机的驱动
    • 2)速度、电压和扭矩的精确控制
    • 3)宽工作电压范围(6V ~ 55V)
    • 4)通过SPI与MC56F84789进行参数设置和状态访问
    • 5)可以设置死区时间
    • 6)具有过温、过压、过流保护功能
    • 7)具有相位错误判断功能

    下图是他的典型电路

    采用MC33937可以简化电路,提高驱动电路的可靠性和安全性,减少软件的工作量。

    下图是他的内部简化原理图

    这套电机开发套件可以同时驱动两个直流无刷电机或直流带编码器的伺服电机。

    下一章将介绍软件,驱动对象从简单的单个有霍尔传感器的直流无刷电机开始。

    本人也是刚接触电机驱动电路,希望大家指出不足之处,并提供好的建议。

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