分享一个低成本foc控制方案-凯发k8一触即发

通常小体积封装的mcu有着成本较低的优势，被广泛用于bldc电机的六步方波控制中，此类应用对mcu的各类资源要求较低，小体积封装的mcu往往能够胜任。而基于foc的pmsm电机开发中，对mcu的运算能力和adc速度等各类资源有着较高的要求，大部分现有的小体积封装mcu无法满足此类需求。沁恒微电子的青稞risc-v处理器全栈mcu系列产品中，ch32v203f8和ch32v203g8两款小封装v203芯片的推出，能够满足上述需求。以tssop20封装的ch32v203f8为例，系统主频最高可达144mhz，支持单周期乘法和硬件整数除法，硬件整数除法在9个指令周期内完成，有着远强于普通mcu的处理能力，完全能够快速处理foc控制的复杂运算；内置64kb flash和20kb ram，完全能够满足绝大部分foc控制所需的存储资源；内置2个独立12位adc，有着9路可配置采样通道，采样速度最高可达1m/s，能够完成foc控制的高速采样要求；集成1路高级定时器接口，可用着电机控制输出；内置1组8路通用dma，可用着定时器和adc协同工作，特别是用于单电阻方案中电流采样控制；内置2个opa，可用着电流放大和短路保护；可选配置1路usb或swd或iic或uart接口，用于配合虚拟示波器进行波形观测、代码仿真或下载、外部数据交换等。以ch32v203f8为控制mcu的单电阻无感方案硬件原理图如下：图1. 主控mcu图2. 预驱电路图3. 逆变器及母线电流采样电阻图4. 母线电流放大采样及过流保护如图4所示，母线电流经过差分放大电路放大后，可以直接通过所在运放输出脚的adc采样，如pa4选择为opa2的输出脚，也可以启用adc4进行采样。opa1的输出脚，可配置内部直连高级定时器1的bkin脚。图5. 端电压检测如图5所示，利用adc0、adc1和adc2三个通道对端电压进行采样，可以用于顺逆风启动时的位置判断，这三个引脚同时也是通用定时器2的捕获输入通道。图6. 母线电压检测图7. 电源供电如图7所示，得益于ch32v203的低运行功耗，可用ldo直接进行15v转3.3v，在u9输入端加rc电路，可以增强mcu电源稳定性，并承担部分耗散功率。图8. 外部接口如图8所示，mcu的1&2脚为多功能复用引脚，内部可通过代码配置为swd、usb、i2c、串口或普通io，实现代码下载调试、虚拟示波器波形观测等功能。如上所述，虽然ch32v203f8等小封装mcu，引脚较少，但能满足电机控制的基本外设需求，并有着同封装mcu不具备的主频等优势，可灵活应用在低成本电机foc控制领域。