基于英飞凌MCU实现BLDC无感正弦波FOC控制

基于英飞凌MCU实现BLDC无感正弦波FOC控制

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一、硬件架构设计

1.1 硬件组成

// 英飞凌XMC1300系列MCU资源分配
#define PWM_FREQ        16000    // PWM频率16kHz
#define ADC_SAMPLING    1000     // 1kHz采样率
#define VDC             24.0f    // 直流母线电压// 引脚定义
#define PWM_UH          P1_0    // PWM_U高电平
#define PWM_UL          P1_1    // PWM_U低电平
#define PWM_VH          P1_2    // PWM_V高电平
#define PWM_VL          P1_3    // PWM_V低电平
#define PWM_WH          P1_4    // PWM_W高电平
#define PWM_WL          P1_5    // PWM_W低电平// 电流采样电路
#define ISENSE_GAIN     20.0f    // 电流采样增益(20mV/A)
#define SHUNT_RESISTOR  0.001f   // 1mΩ采样电阻

1.2 关键外设配置

1. CCU6定时器：用于生成空间矢量PWM波形

   CCU60.T12PR = (SystemCoreClock / (PWM_FREQ * 2)) - 1;  // 设置周期
   CCU60.T12 = 0;          // 初始计数值
   CCU60.T12M = CCU6_T12M_PWM;  // PWM模式
   

2. ADC模块：三通道差分输入

   ADC0.CH0.CHS = ADC_CH0;       // 通道0配置
   ADC0.CH1.CHS = ADC_CH1;
   ADC0.CH2.CHS = ADC_CH2;
   ADC0.ADCFG.Bits.TSSEL = 0x03; // 温度传感器禁用
   

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二、核心算法实现

2.1 FOC控制流程

void FOC_Control_Loop() {// 1. 电流采样float Ia = Read_Current(ADC_CH0);float Ib = Read_Current(ADC_CH1);// 2. Clarke-Park变换float Iα = Ia;float Iβ = (Ia + 2*Ib)/3.0f;float Id = Iα*cosθ + Iβ*sinθ;float Iq = -Iα*sinθ + Iβ*cosθ;// 3. PI调节static float integral_id = 0;static float integral_iq = 0;float Vd = PI_Controller(Id_ref, Id, &integral_id);float Vq = PI_Controller(Iq_ref, Iq, &integral_iq);// 4. 逆Park变换float Valpha = Vd*cosθ - Vq*sinθ;float Vbeta = Vd*sinθ + Vq*cosθ;// 5. SVPWM生成Generate_SVPWM(Valpha, Vbeta);
}

2.2 无传感器位置估算

// 反电动势观测器
float Estimate_BackEMF() {float Vbus = Read_Voltage(ADC_CH3);float Vd = (Vbus - Vq - R*Id)/Kt;return (Vd * 60)/(Pole_Pairs * Vdc);
}// 滑动平均滤波
#define FILTER_SIZE 5
float speed_buf[FILTER_SIZE] = {0};
uint8_t index = 0;float Filter_Speed() {speed_buf[index++] = Estimate_BackEMF();if(index >= FILTER_SIZE) index = 0;float sum = 0;for(int i=0; i<FILTER_SIZE; i++) {sum += speed_buf[i];}return sum / FILTER_SIZE;
}

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三、中断服务程序

3.1 PWM中断处理

void CCU60_ISR() {// 清除中断标志CCU60.INTCLR.Bits.T12IF = 1;// 电流采样触发ADC0.CH0.CAL = 1;  // 启动ADC转换ADC0.CH1.CAL = 1;// 位置更新theta += 0.01f;  // 假设速度为1000rpm
}

3.2 ADC中断处理

void ADC0_ISR() {// 读取采样值float Ia = (ADC0.CH0.RESULT.all * 3.3f * ISENSE_GAIN) / 4095.0f;float Ib = (ADC0.CH1.RESULT.all * 3.3f * ISENSE_GAIN) / 4095.0f;// 电流重构float Ic = -Ia - Ib;// 存储全局变量global_Ia = Ia;global_Ib = Ib;global_Ic = Ic;
}

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四、关键参数配置

4.1 电机参数

参数	数值	配置位置
极对数	4	POLE_PAIRS=4
额定电流	5A	NOM_CUR=5.0
直流母线电压	24V	VDC=24.0
死区时间	1.5μs	DEAD_TIME=150

4.2 PI参数整定

// 电流环参数
#define KP_CURRENT  0.3f
#define KI_CURRENT  0.05f// 速度环参数
#define KP_SPEED    0.1f
#define KI_SPEED    0.02f

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五、调试与优化

5.1 实时监控

// SCI调试输出
void Debug_Log(float* data) {UART_SendChar(0xAA);  // 帧头for(int i=0; i<3; i++) {UART_SendFloat(data[i]);}
}// 主循环中调用
Debug_Log(&theta);

5.2 性能优化

1. 电流重构优化：

   // 低通滤波器
   float LowPassFilter(float new_val) {static float prev_val = 0;return 0.7*prev_val + 0.3*new_val;
   }
   

2. 动态死区补偿：

   float DeadTime_Compensation(float duty) {if(duty > 0.5) {return (1.0 - duty) * (VDC / 24.0f);} else {return duty * (VDC / 24.0f);}
   }
   

参考代码 BLDC无感正弦波代码 FOC 采用英飞凌MCU www.youwenfan.com/contentcsi/69775.html

六、典型应用场景

1. 空调压缩机控制 实现宽电压范围（180-264VAC）无传感器驱动 支持PWM频率16kHz@24VDC
2. 工业风机控制 无级调速范围100-12000rpm 噪声<35dB(A) @5000rpm
3. 电动汽车冷却泵 支持CAN总线通信（CANopen协议） 效率>92%@额定负载

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七、保护机制

1. 三重保护系统

   void Check_Protection() {// 过流保护if(ADC_Current > MAX_CURRENT) {Disable_PWM();Set_Fault_LED(RED);}// 过温保护if(Temp_Sensor > MAX_TEMP) {Reduce_Duty_Cycle(50%);Activate_Heatsink_Fan();}
   }