基于arm cortex m0的MM32SPIN05TW之无传感方波驱动水泵方案
1.简介：本文简单介绍基于mm32spin05tw之无传感方波驱动于小型水泵的应用实例。
方案特色:
arm cortex-m0高性能电机驱动专用芯片
32k字节闪存、4k字节存储器、72mhz高速运行,并自带除法器、adc、比较器…等
120/150度无传感方波驱动
电机转速可达100,000rpm (2极电机)
速度命令输入可为模拟电压或pwm信号
fg输出
定转速或恒功率运转
完整的保护机制:过流保护、堵转保护、过压/欠压保护
水泵专属特点:
空载时，以高转速产生大吸力将水提上来
带载时，以高扭矩满足量程的要求
图1.左图：常见的24v/13w小型水泵；
右图：采用mm32spin05tw的驱动板
2.无传感方波驱动技术原理
在此介绍无传感方波驱动的技术原理与实现方法。
相电压与霍尔信号的对应关系
带传感器(霍尔组件)的方波驱动，mcu可藉由霍尔信号的变化取得转子的位置以正确换相。当无霍尔组件时,该如何取得转子的位置呢？观察下图之带霍尔组件的方波驱动波形，换相点皆位于霍尔状态改变之际,如蓝色虚线所示.同时亦可发现,在霍尔状态维持不变的期间，必有一相未被驱动而惯性地转动并呈现发电机状态,如红色指标所示。这段未被驱动的期间极为有用,我们将利用它的电压变化来取代霍尔组件的功能。
图2.相电压与霍尔信号的对应关系
过零点侦测取代霍尔信号
本节要教大家如何利用这段未被驱动的惯性转动区的电压变化来取代霍尔组件的功能.请参考下图,首先我们定义zero-crossing point(过零点)，如红点所示.过零点这个名称的由来是：该点位于某相未被驱动期间的正中央,相电流在它之前30度(换相前)与它之后30度(换相后)的流向是相反的。因此,若能侦测到该点的位置,则再延迟30度便是下一个换相点,这样就可以取代了霍尔组件的功能了！
再观察下图，过零点所在位置的相电压(pwm信号为high时)，约略是dc_bus的1/2,我们可以使用mcu的adc采样功能来执行这项侦测工作，下一节将说明具体的实现方法.注意：下图ㄇ字型黑框的凹陷或凸起的相电压变化，是因为换相瞬间的电流变化作用于电机的绕组所造成的(v=l*di/dt),必须避开后才可进行过零点侦测。
图3.过零点侦测取代霍尔信号
过零点侦测之实现方式
使用mcu的adc来侦测过零点之前,必须先对相电压做分压,再经过低通滤波以获得位准低于5v的直流电压.而判断过零点的阈值，则设置为该直流电压幅值的1/2. 随着电机转速与负载的不同,该直流电压的幅值是会改变的.因此,过零点的阈值也随之在调整，这可由mcu实时采样并计算而得.示意图如下：
图4.过零点侦测之实现方式
3.硬件设计
基于mm32spin05tw之无传感方波驱动于小型水泵的电机驱动板参考原理图如下：
图5.基于mm32spin05的中小功率水泵
电机驱动板原理图
4.电压波形
本应用案例采用120度方波驱动,在空载和带载时的相电压波形如下: (转速分别是12000rpm和5500rpm)
图6.空载和带载时的相电压波形
5.结论
mm32spin05系列是灵动微电子推出的基本型高性能电机驱动专用芯片，能满足大多数方波/弦波算法的需求.基于mm32spin05的各种电机驱动参考方案,请洽灵动微电子销售人员。
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图3.过零点侦测取代霍尔信号
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使用mcu的adc来侦测过零点之前,必须先对相电压做分压,再经过低通滤波以获得位准低于5v的直流电压.而判断过零点的阈值，则设置为该直流电压幅值的1/2. 随着电机转速与负载的不同,该直流电压的幅值是会改变的.因此,过零点的阈值也随之在调整，这可由mcu实时采样并计算而得.示意图如下：
图4.过零点侦测之实现方式
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图5.基于mm32spin05的中小功率水泵
电机驱动板原理图
4.电压波形
本应用案例采用120度方波驱动,在空载和带载时的相电压波形如下: (转速分别是12000rpm和5500rpm)
图6.空载和带载时的相电压波形
5.结论
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