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[灵动微电子霍尔FOC MM32BIN560C]从引脚到应用

news 2025/8/27 10:26:31

上海灵动微电子股份有限公司MM32BIN560C 框图如下：

在官方的HALL-FOC-560C例子，霍尔FOC，我进行了相关引脚总结

三电阻方案的明确证据
1. 编译开关定义
在 USER/inc/board.h 中明确设置了：
#define THREE_SHUNT_R 1 // 明确启用三电阻模式

分类统计：

电机控制PWM输出： 6个引脚（三相上下桥臂）
霍尔传感器输入： 3个引脚（U/V/W相位置检测）
ADC采集： 5个引脚（电压、电流、电位器）
运放配置： 9个引脚（4个运放的输入输出）
比较器保护： 2个引脚（硬件过流保护）
驱动器控制： 1个引脚（使能信号）

1. 核心控制层（6个引脚）

功能： 三相PWM输出，实现FOC算法控制

GPIOB PB7 - BLDC1_UH：U相上桥臂PWM输出
GPIOB PB5 - BLDC1_VH：V相上桥臂PWM输出
GPIOB PB3 - BLDC1_WH：W相上桥臂PWM输出
GPIOB PB6 - BLDC1_UL：U相下桥臂PWM输出
GPIOB PB4 - BLDC1_VL：V相下桥臂PWM输出
GPIOA PA15 - BLDC1_WL：W相下桥臂PWM输出

2. 传感检测层（11个引脚）

位置传感： 3个霍尔传感器

GPIOA PA0 - HALL_U：U相霍尔传感器输入
GPIOA PA1 - HALL_V：V相霍尔传感器输入
GPIOA PA2 - HALL_W：W相霍尔传感器输入

电流检测： 2相电流+总和电流

GPIOA PA6 - IR_U：U相电流检测（ADC1通道6）
GPIOB PB2 - IR_V：V相电流检测（ADC1通道10）
GPIOA PA3 - ISUM：电流总和检测（ADC1通道3）

电压检测： 母线电压监控

GPIOA PA7 - VBUS：母线电压检测（ADC1通道7）

用户输入： 速度电位器

GPIOA PA10 - VR：速度给定电位器（ADC2通道0）

3. 信号调理层（9个引脚）

功能： 4个运放的完整配置，用于电流信号放大和滤波

GPIOA PA4 - OPAMP1_INP：OPAMP1正相输入（U相电流）
GPIOA PA5 - OPAMP1_INM：OPAMP1反相输入（反馈网络）
GPIOB PB0 - OPAMP2_INP：OPAMP2正相输入（V相电流）
GPIOB PB1 - OPAMP2_INM：OPAMP2反相输入（反馈网络）
GPIOB PB12 - OPAMP3_INP：OPAMP3正相输入（辅助信号）
GPIOB PB11 - OPAMP3_INM：OPAMP3反相输入（反馈网络）
GPIOB PB15 - OPAMP4_INP：OPAMP4正相输入（总和电流）
GPIOA PA8 - OPAMP4_INM：OPAMP4反相输入（反馈网络）
极 PA9 - OPAMP4_INO：OPAMP4输出到ADC

4. 保护安全层（2个引脚）

功能： 硬件比较器，提供快速过流保护

GPIOA PA11 - COMP_INP：比较器正相输入（电流信号）
GPIOA PA12 - COMP_INM：比较器反相输入（参考电压）

5. 人机交互层（3个引脚）

功能： 用户控制接口和状态指示

GPIOD PD2 - KEY1：用户启停/方向控制按钮
GPIOD PD3 - LED2：系统运行状态指示灯
GPIOA PA10 - VR：速度给定电位器（已在传感层列出）

6. 功率驱动层（1个引脚）

功能： 驱动芯片使能控制

GPIOC PC12 - DRV_EN：功率驱动芯片使能信号

总计：32个引脚，构成了完整的基于霍尔传感器的FOC电机控制系统。

系统模块,功能分类,端口,引脚,引脚名称,详细功能描述,工作模式,信号类型

电源管理,母线电压检测,GPIOA,PA7,VBUS,直流母线电压监控（ADC1通道7）,模拟输入,模拟量
电源管理,电流总和检测,GPIOA,PA3,ISUM,总电流测量（ADC1通道3）,模拟输入,模拟量

电机驱动,上桥PWM输出,GPIOB,PB7,BLDC1_UH,U相上桥臂PWM输出,复用功能(TIM1),PWM
电机驱动,上桥PWM输出,GPIOB,PB5,BLDC1_VH,V相上桥臂PWM输出,复用功能(TIM1),PWM
电机驱动,上桥PWM输出,GPIOB,PB3,BLDC1_WH,W相上桥臂PWM输出,复用极,能(TIM1),PWM
电机驱动,下桥PWM输出,GPIOB,PB6,BLDC1_UL,U相下桥臂PWM输出,复用功能(TIM1),PWM
电机驱动,下桥PWM输出,GPIOB,PB4,BLDC1_VL,V相下桥臂PWM输出,复用功能(TIM1),PWM
电机驱动,下桥PWM输出,GPIOA,PA15,BLDC1_WL,W相下桥臂PWM输出,复用功能(TIM1),PWM

位置传感,霍尔信号输入,GPIOA,PA0,HALL_U,U相霍尔传感器输入,输入浮空(TIM2_CH1),数字量
位置传感,霍尔信号输入,GPIOA,PA1,HALL_V,V相霍尔传感器输入,输入浮空(TIM2_CH2),数字量
位置传感,霍尔信号输入,GPIOA,PA2,HALL_W,W相霍尔传感器输入,输入浮空(TIM2_CH3),数字量

电流检测,U相电流采样,GPIOA,PA6,IR_U,U相电流检测（ADC1通道6）,模拟输入,模拟量
电流检测,V相电流采样,GPIOB,PB2,IR_V,V相电流检测（ADC1通道10）,模拟输入,模拟量

信号调理,运放输入配置,GPIOA,PA4,OPAMP1_INP,OPAMP1正相输入（U相电流）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOA,PA5,OPAMP1_INM,OPAMP1反相输入（反馈网络）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOB,PB0,OPAMP2_INP,OPAMP2正相输入（V相电流）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOB,PB1,OPAMP2_INM,OPAMP2反相输入（反馈网络）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOB,PB12,OPAMP3_INP,OPAMP3正相输入（辅助信号）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOB,PB11,OPAMP3_INM,OPAMP3反相输入（反馈网络）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOB,PB15,OPAMP4_INP,OPAMP4正相输入（总和电流）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输入配置,GPIOA,PA8,OPAMP4_INM,OPAMP4反相输入（反馈网络）,模拟输入,模拟量
信号调理,运放输出配置,GPIOA,PA9,OPAMP4_INO,OPAMP4输出到ADC,模拟输入,模拟量

保护电路,硬件过流保护,GPIOA,PA11,COMP_INP,比较器正相输入（电流信号）,模拟输入,模拟量
保护电路,硬件过流保护,GPIOA,PA12,COMP_INM,比较器反相输入（参考电压）,模拟输入,模拟量

用户接口,速度控制输入,GPIOA,PA10,VR,速度给定电位器（ADC2通道0）,模拟输入,模拟量
用户接口,控制按钮输入,GPIOD,PD2,KEY1,用户启停/方向控制按钮,输入上拉,数字量
用户接口,状态指示输出,GPIOD,PD3,LED2,系统运行状态指示灯,输出推挽,数字量

驱动控制,功率驱动使能,GPIOC,PC12,DRV_EN,功率驱动芯片使能信号,输出推挽,数字量

问题1、三个电阻采样，是同时采样三个电流吗？

错误！采样时刻，只采集两相，因为采样窗口小的原因，占空比是一直变大变小的，有一相不好采集，时间短，所以同一时刻只需要采集两相，剩下一相电流用基尔霍夫电流定律计算即可。

三相电阻采样方式总结

1. 硬件配置方案
三电阻下桥臂采样：

U相采样：GPIOA PA6 (ADC1通道6) - IR_U
V相采样：GPIOB PB2 (ADC1通道10) - IR_V
W相采样：通过电流总和和数学计算间接获得
2. 采样时序策略
分时交替采样：

在不同PWM周期交替采样不同相组合
利用PWM周期中间的安全窗口（5-10μs）
避免开关噪声干扰
3. 核心计算公式
Clarke变换（α-β坐标）：

Iα = I_a // 直接使用U相电流
Iβ = (I_a + 2*I_b) / √3 // 使用U和V相计算
第三相重构：

I_c = - (I_a + I_b) // 基于基尔霍夫电流定律
4. 为什么这样设计？
物理约束：

PWM开关噪声限制安全采样窗口
在有限的5-10μs内无法完成三相顺序采样
同步采样需要昂贵硬件支持

数学完备性：

三相系统只有2个自由度，第三相是冗余的
Ia + Ib + Ic = 0 是物理定律，不是近似
工程优化：

降低成本：节省1个ADC通道和配套电路
提高可靠性：减少元器件数量
简化设计：降低时序同步难度

5. 实际采样流程
ADC触发：在PWM周期中间位置触发采样
分时采样：不同周期采样U+V、V+W、W+U组合
电流重构：利用数学约束计算第三相
诊断验证：通过ISUM检测采样一致性

问题2三相采集电流在系统中参与哪些计算？哪些环节用到了？

电流采样在系统中的完整参与环节
1. Clarke变换（α-β坐标系转换）
位置： M1_CONTROL/clarke.c

// 将三相电流转换为两相静止坐标系
Iα = I_a
Iβ = (I_a + 2*I_b)/√3
作用：为Park变换准备数据，简化控制维度，三项变两位

2. Park变换（d-q坐标系转换）
位置： M1_CONTROL/park.c

// 结合霍尔角度进行旋转坐标变换
Id = Iα * cosθ + Iβ * sinθ // 直轴电流（磁化分量）
Iq = -Iα * sinθ + Iβ * cosθ // 交轴电流（转矩分量）
作用：实现磁场定向控制的核心变换

3. 电流环PID控制
位置： M1_CONTROL/PID.c

// 电流闭环控制
Vd_output = PID_Calculate(&PID_Id, Id_ref - Id_actual)
Vq_output = PID_Calculate(&PID_Iq, Iq_ref - Iq_actual)
作用：精确控制电流大小，实现转矩和磁链控制

4. 逆Park变换
位置： M1_CONTROL/ipark.c

// 将d-q电压转换回α-β坐标系
Vα = Vd * cosθ - Vq * sinθ
Vβ = Vd * sinθ + Vq * cosθ
作用：为SVPWM生成准备电压指令

5. 过流保护和故障诊断
位置： M1_CONTROL/Diagnose.c

// 实时过流检测
if (abs(I_a) > OC_LIMIT || abs(I_b) > OC_LIMIT || abs(I_c) > OC_LIMIT) {
// 触发硬件保护
}

// 电流平衡验证（Ia + Ib + Ic ≈ 0）
if (abs(I_a + I_b + I_c) > IMBALANCE_THRESHOLD) {
// 传感器故障检测
}
作用：系统安全保护机制

6. 功率和效率计算
位置： M1_CONTROL/MC_Drive.c

// 实时功率计算
instant_power = Vbus * (I_a + I_b + I_c)

// 铜损计算
copper_loss = R * (I_a² + I_b² + I_c²)

// 效率优化
efficiency = output_power / (input_power + losses)
作用：系统性能监控和优化

7. 转矩计算和控制
位置： M1_CONTROL/FOC_Math.c

// 电磁转矩计算
torque = (3/2) * PolePairs * (Ψd * Iq - Ψq * Id)

// 转矩闭环控制
Iq_ref = torque_demand / (Kt * Ψm)
作用：精确转矩控制实现

信号流总结
三相电流的完整处理链条：

ADC采样 → Clarke变换 → Park变换 → PID控制 →
逆Park变换 → SVPWM生成 → 功率器件驱动
同时并行处理：

过流保护（硬件快速保护）
故障诊断（软件诊断）
性能监控（效率优化）
三电阻方案提供了最完整的电流信息，使系统能够实现高性能的FOC控制、完善的保护机制和精细的效率优化

问题3 霍尔传感器，如何配合电流做计算？

霍尔传感器配置
1. 硬件连接配置
在 DRIVE/drv_tim.c 中配置：

// PA0, PA1, PA2 作为霍尔传感器输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 配置为TIM2的输入捕获功能
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_2); // TIM2_CH1
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_2); // TIM2_CH2
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_2); // TIM2_CH3
2. 霍尔值处理
在 M1_CONTROL/HallHandle.c 中：

// 获取当前霍尔状态
RunHallValue = Get_Hall_Value(); // 返回1-6的有效值

// 计算电气角度
θ_elec = HallAngleTable[RunHallValue] + 角度插补

电流计算与霍尔的关联
1. Park变换（关键关联点）
在 M1_CONTROL/park.c 中：

void Park_Transform(int16_t Ialpha, int16_t Ibeta, int16_t angle, int16_t *Id, int16_t *Iq)
{
// angle 来自霍尔传感器计算的θ_elec
*Id = Ialpha * cos(angle) + Ibeta * sin(angle);
*Iq = -Ialpha * sin(angle) + Ibeta * cos(angle);
}
2. 逆Park变换
在 M1_CONTROL/ipark.c 中：

void InvPark_Transform(int16_t Vd, int16_t Vq, int16_t angle, int16_t *Valpha, int16_t *Vbeta)
{
// 同样使用霍尔角度
*Valpha = Vd * cos(angle) - Vq * sin(angle);
*Vbeta = Vd * sin(angle) + Vq * cos(angle);
}
3. 速度计算
在 M1_CONTROL/HallHandle.c 中：

// 通过霍尔跳变时间计算速度
ω = (2π × 极对数) / Δt_hall

// 速度用于速度环PID控制
技术要点总结
霍尔传感器提供：

✅ 位置信息：电气角度θ_elec（用于坐标变换）
✅ 速度信息：实际转速ω（用于速度闭环）
✅ 换相信号：六步换相的基础
电流采样提供：

✅ 力矩信息：实际电流大小（用于电流闭环）
✅ 控制反馈：实现精确的FOC控制
两者结合实现：

磁场定向控制（FOC）
精确的转矩控制
平滑的速度调节
霍尔传感器告诉系统"转子在哪里"，电流采样告诉系统"用多大力气"，两者缺一不可

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