1、應用報告ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)1簡介對于這個，我們在使用三相 BLDC 電機套件，此套件具有 DRV8312 和 Piccolo MCU(DRV8312-C2-KIT)（也可使用DRV8302-HC-C2-KIT或DRV8301-HC-C2-KIT），此 MCU 具有一個 Piccolo F28035controlCARD 子系統來運行無傳感器InstaSPIN BLDC 技術。 這些是必須完成的任務以使電機轉動：1.2.3.4.請確保套件上的所有物理連接和跳線設置是正確的。將 InstaSPIN BLDC 項目文件 (.out)

2、閃存至 controlCARD啟動圖形用戶界面 (GUI)啟動電機轉動2使用 InstaSPIN BLDC 解決方案2.1DRV8312 設置必須正確設置跳線和開關，否則套件不能正確運轉。1.2.3.4.5.三位置鈕子開關RSTA，RSTB和RSTC必須處于跳線JP1必須在VR1位置。跳線M1必須在H位置。卡上的開關SW3必須在On位置，請見圖 2。/中間位置。將三條電機相位線連接至套件的MOA，MOB和MOC。問題：您覺得如果電機繞線的連接順序發生變化，會發生什么情況呢？(a)(b)(c)(d)(e)電機內的電刷將過熱，并有可能起火。繞線內的電流將會反轉磁場內反質子的機型，從而導致一個反物質

3、。除了電機有可能以相反的方向旋轉之外，有任何情況發生。您有可能損壞 DRV8312，從而立即使您無法使用 TI 器件。這是個有意捉弄人的問題，這是因為連接器具有方向性，從而防止電機繞線以不同于顯示中的行連接。在本文檔的末尾給出了正確的。Piccolo, controlCARD, InstaSPIN are trademarks of Texas Instruments.ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)1SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決

4、方案圖 1. DRV8312 基板2InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案2.2controlCARD 設置和編程為了實現與 USB-UART GUI 的通信，所包含的 controlCARD 與開關 (SW3) 組一同提供以將 XDS100v1 仿真器保持在 JTAG 復位上（開關向上 (OFF)）。 為了使用 CCS 來重新編輯閃存，通過將 SW3 撥至下方位置 (ON) 來實現 JTAG 。圖 2.

5、 controlCARD 設置1.2.3.4.5.將 controlCARD至 DRV8312 基板。將 24V 電源DRV8312 套件的 J9 內。將您的 PC 與 controlCARD 用 USB 線纜連接起來。打開 Code Composer Studio 版本 4 (CCS4)。“Target New Target Configuration”（目標 新目標配置）（請見圖 3）。圖 3. CCS 新目標配置用您的方式命名（例如，xds100v1-f28035.ccxml）。6.7.8.連接：德州儀器 (TI) XDS100v1 USB器。器件：TMS320F28035 并Save（

6、請見圖 4）。圖 4. CCS 普通設置ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)3SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案9.您的新目標并執行環境菜單 (context) 內的“Launch Selected在目標配置頁上，右鍵Configuration”（啟動所選配置）（請見圖 5）。圖 5. CCS 啟動所選配置“Target -> Connect Target”（目標 -> 連接目標）（請見圖 6）。10.圖 6. CCS 連接

7、目標11. 要將目標文件選入器件上的閃存內，請菜單項“Target -> Load Program.”（目標 -> 載入程序）。12.“Browse”按鈕并從 USB 記憶棒或 C:ticontrolSUITEdevelopment_kitsDRV8312-C2-KIT_v1XXGUI 內找到文件“InstaSPIN BLDC_GUI_DRV8312_v100.out”。“Open”，然后“OK”。 此閃存被重新編輯。13.4InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instrument

8、s Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案14.“Terminate All”（終止全部）（請見圖 7）并關閉 CCStuido。圖 7. CCS 終止全部2.3先加電再斷電并運行1.2.3.4.5.從 DRV8312 套件內移除 24V 電源。從 controlCARD 內移除 USB 插頭。將 24V 電源DRV8312 套件。計算機和 controlCARD 之間用 USB 線纜相連。從 USB 記憶棒或 C:ticontrolSUITEdevelopment_kitsDRV8312-C2-KIT_v1XXGUI 內運行 InstaSPIN BLDC_GUI

9、_DRV83xx_v100.exe。如果您看見圖 8中所顯示的消息，請“Yes”。圖 8. 引擎過程已經在運行GUI 應該自動連接。 通過觀察左下角的“Connected”（已連接）來驗證（請見圖 9）。 同時檢驗故障狀態，DC 總線和過溫燈是綠色的。6.圖 9. 檢驗連接可在 C:ticontrolSUITEdevelopment_kitsDRV8312-C2-KIT_v1XXGUI 內找到完整的快速入門指南。ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)5SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporat

10、ed使用 InstaSPIN BLDC 解決方案2.4轉動電機1.在主頁上，“Enable Motor”（啟用電機）（請見圖 10）。圖 10. 啟用電機2.電機以缺省設置開始旋轉： 占空比 = 0.3PU = 2129 RPM！ 您剛剛完成了 InstaSPIN！3.2.5調諧電機換向所有電機調諧方法不同，但是 InstaSPIN BLDC 和 GUI 可以更加輕松地的步驟用來調諧與 DRV8312 套件一同提供的電機。有問題電機的調諧信息。 下面1.2.將占空比設置設定為 0.1。打開上部曲線圖上的“Start Continous Read”（啟動持續）（請見圖 11）。圖 11. 啟動持

11、續6InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案3.將曲線圖時間刻度調整為 5（請見圖 12）：頂層曲線圖：顯示標二層曲線圖：顯示標三層曲線圖：顯示標(PU) 集成電機磁通。(PU) 相位 A BEMF 波形。(PU) 相位 A 電流波形。圖 12. 調整曲線圖時間刻度查看綠色電壓信號 Vag，正如紅色箭頭在圖 13中指出的過沖可以看到的那樣，換向發生的過晚。4.圖 13. 電壓過沖ZHCA541 Novemb

12、er 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)7SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案5.將“磁通閥值”調整至一個較小的值（大約 0.4），直到換向在電壓波形的拐點上發生（請見圖 14）。圖 14. 調整磁通閥值現在電機InstaSPIN BLDC 技術進行調整。最好的方法是理解到電機調諧是使用不同類型的電機，并且通過調整磁通閥值來使得它們在整個占空比范圍內正常旋轉。 較低速時，大多數電機在較低磁通閥值時運行的更加安靜，而在更高的磁通閥值時能夠傳送更多。 較高速時，可通過降低磁

13、通閥值來提升響應（您能猜出這是為什么嗎？）。結果是一個BLDC 電機的運轉方式與內燃機的運轉方式十分類似。 高速時，您希望提前點火定時，這是因為點燃汽缸內的蒸氣所花費的時間是有限的。 如果引擎運行在高每分鐘轉速 (RPM) 下，到已經點燃時，爆發力落到活塞上，而活塞已經移動過了最佳點，在這個點上，爆發力的效果最佳。 對于一個 BLDC 電機也是如此。 使一個 BLDC 電機換向（使一個線圈中的電流消失，而在另外一個線圈內逐漸增大電流）所花費的時間是有限的。 如果電機運行在高 RPM 下，在換向發生時，轉子已經移動過最佳點，在這個點上，磁力的效果最佳。 提前換向定時正如在內燃機內提前點火定時。8

14、InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案2.6額外優勢：使用 InstaSPIN BLDC 的級聯速度在模式仍舊被設定為“占空比”時，輕松啟用電機和為電機加負載。 當您這么做的時候，對于電機的速度會產生什么影響呢？ 由于沒有環路來調節速度，當您增加電機轉軸上的負載時，電機會越來越慢。 為了獲得更好的速度調節，啟用“Velocity”（速度）模式或“Cascade”（級聯）模式。禁用電機并在“Setting”

15、（設置） 面板應該看起來像圖 15。頁上將模式改為“Cascade”。 將所有其他設置保留為缺省值。圖 15. 級聯模式再次切換到“Main”頁，并且驗證旋鈕被設定到其 0.3 PU 的缺省值。 啟用電機，并檢驗它平穩啟動且斜升至一個接近 900 RPM 的速度值。 可通過觀察電機速度 RPM 窗口中的速度值來確認這一點（請見圖 16）。圖 16. 電機速度 RPMZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)9SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案

16、現在用您的手指加載電機轉軸，并觀的速度調節性能。 您的最初印象是什么？ 請注意，為了實現恒定不變的負載，此電機最終返回到大約 900 RPM 的指令值。 這是因為已經在環路中啟用了器。 一個負反饋系統中的器不能耐受任何穩定狀態錯誤，并且將會把它驅動為零（也就是說，命令值和受控值相等）。 然而，系統的響應會更加靈活，不是嗎？ 換句話說，這不是一個“死板的”為了強化此響應，我們必須增加系統的增益。系統。再次禁用電機并返回“Settings” 省值。啟動占空比：0.10 啟動斜升時間：1ms斜升啟動速度：50 RPM 斜升終止速度：500 RPM Kp（電流）：0.50 Ki（電流）：20啟動電流

17、(PU)：0.10 Kp（速度）：1.00 Ki（速度）：60速度環路限值 (PU)：0.95極數量：8 極基電氣頻率 (Hz)：200模式：級聯頁。 請確保設置頁上的所有值被設定為下面列出的值。 紅色的值是非缺如果設置正確的話，設置頁看起來應該像圖 17。10InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案圖 17. Cascade Control Mode Settings Tab（級聯模式設置頁）假定您還未更

18、改“Main”頁上的旋鈕，那么它應該被設定為一個 0.3 的 PU 值。 如果不是這樣的話，現在將其改回這個值。 再次啟用電機并驗證其平穩啟動，并實現一個速度大約為 900 RPM 的穩定狀態。此外，用您的手指加載電機轉軸，并觀現在的速度調節性能。 您的最初印象是什么？ 請注意，此系統在保持指令規定的速度方面變得更加穩定，而這與電機負載無關。所以，如果更高增益設置會導致更佳的跟蹤性能，那么我們為什么不在開始時將它們指定為缺省值呢？ 要回答這個問題，讓我們慢慢地，看看會發生什么。 通過使用旋鈕值區間右側的上下箭頭，慢慢地將指令規定的速度每次遞減 1。 當這個值接近 19 或相似值時，此系統應該變

19、得不穩定。問題：所以，為什么在更高速度下。穩定，而在較低速時不穩定？ （這是個棘手的問題）。 請思考一提示：可以想速度反饋信號是如何的。：為了測量無傳感器系統中的速度，此軟件必須測量每個換向間隔的持續時間。 當電機高速旋轉時，每秒鐘有很多換向間隔，這意味著速度反饋值在每秒更新很多次。 然而，當電機以低速旋轉時，換向速率較低，這意味著速度值的更新速率也較低。 因此，速度反饋值在長時間沒有更新后會變為“過期”。 為了更加精確，當速度值更新十分不頻繁時，在真實速度和測得的速度之間由一個相位滯后。 這個相位滯后消耗您系統的相位裕度，當相位裕度消失變得不穩定。在大多數無傳感器 BLDC 應用中（例如，風

20、扇，送風機和壓縮機），這不是個問題，這是因為以超低速運轉這些負載是沒有意義的。 但是對于其他應用（例如，洗衣機滾筒攪拌），低速運轉是必須的，這表明需要一個不同的機制。ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)11SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated使用 InstaSPIN BLDC 解決方案2.7關閉取消選中“Enable Motor”，關閉 GUI，并且移除 DRV8312 電路板的電源。12InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRAB

21、N7 © 2011, Texas Instruments IncorporatedGUI概述3GUI概述讓我們檢查 GUI 界面內的每一個面板，并且仔細查看每個的功能性。3.1主頁概述啟用電機復選框：Enable Motor 復選框被用來啟動或停止電機Control Mode 下拉框可供選擇四個不同的模式：占空比：電機用無傳感器算法換向，但是在開環占空比模式中被驅動。電流：電機用無傳感器算法換向，而使用一個 PI器對電流（）進行調節。 請注意，一個未加載電機在這個模式下快速至一個高速度。速度：電機用無傳感器算法換向，而使用一個 PI制 (PWM) 占空比。級聯：電機用無傳感器算法換向

22、，而使用一個 PI流命令，此命令由一個較低電平電流 PI器器調節電機速度。 速度器的輸出是一個脈寬調器調節電機速度。 速度。器的輸出是一個電機電磁通閥值滾動條被用來調節電機的換向點。對于每個模式，Setpoint 旋鈕所具有的功能不同：占空比：此旋鈕調節到電機的 PWM 占空比。電流：此旋鈕調節流過電機的標(PU) 指令規定電流。速度：此旋鈕調節標級聯：此旋鈕調節標(PU) 電機規定速度。(PU) 電機規定速度。曲線圖頂層曲線圖：顯示標第二曲線圖：顯示 標第三曲線圖：顯示標(PU) 集成電機磁通。(PU) 相位 A BEMF 波形。(PU) 相位 A 電流波形。第四曲線圖：顯示以 RPM 為的

23、電機速度。頭三個曲線圖的時間刻度可通過遞增/遞減曲線圖時間標量來調節；電機速度曲線圖不受影響。ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)13SPRABN7 © 2011, Texas Instruments IncorporatedGUI概述3.2SettingsSettings頁概述頁包含影響電機啟動和環路調節的參數（請見圖 18）。圖 18. Settings頁3.2.1啟動這些參數電機在強制換向下是如何進行初始斜升的。 有必要使電機旋轉，并且為無傳感器算法生成一些BEMF 來鎖存和接管換向。啟動占空比在強制換向斜升階段，為電機設定恒定

24、PWM 占空比。啟動斜升時間設定完成強制換向斜升階段所花費的時間。斜升啟動速度為強制換向斜升階段設定初始速度。斜升終止速度為強制換向斜升階段設定最終速度。14InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments IncorporatedGUI概述3.2.2高級啟動選項此器將 InstaSPIN BLDC 檢測到的換向與強制換向相匹配。 一旦滿足設定的換向匹配數，換向切換至 InstaSPIN BLDC。啟用高級啟動啟用/禁用高級啟動特性。可接受的換向誤差強制換向與 InstaSPIN B

25、LDC 檢測到的換向之間的誤差，以 ms 為。 誤差窗口內的換向被認為是“正常的”。所需的連續換向在權從強制換向切換至 InstaSPIN BLDC 之前，所需的連續“正常”換向匹配數。3.2.3電機參數極數量 (P)將轉子磁極的數量輸入試驗中的電機。基電氣頻率 (N)輸入將被施加到電機上的波形的最大頻率（為周期/秒）公式 1中顯示了根據上述參數來電機速度的等式。N *60*2*(PU ) PN cycles * 60 seconds * 2 revolutions *(PU )revolutions minuteminutesecondP cycles(1)在這里，PU 是“Main”頁上旋

26、鈕的標么旋鈕值（0 至 1）。200 周期/秒和 8 轉子極的缺省設置會在旋鈕被設定為 1 的最大值時產生 3000 RPM 的電機速度。3.2.4電流環路包含與電流環路相關的參數。 這些參數只在模式被設定為電流或級聯時才有效。 這些模式是唯一使用電流環路的模式。Kp為電流器設定比例增益。Ki為電流器設定增益。啟動電流當電流被激活時，在強制換向斜升階段，電機由恒定電流，而不是恒定占空比來驅動。 這個滾動條設定了這個階段的電流。ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)15SPRABN7 © 2011, Texas Instruments In

27、corporatedGUI概述3.2.5速度環路包含與速度環路相關的參數。 這些參數只在模式被設定為速度或級聯時才有效。 這些模式是唯一使用速度環路的模式。注:當在速度和級聯模式間切換時，速度器也許需要返回。Kp為速度器設定比例增益。Ki為速度器設定增益。速度環路限值在速度在級聯模式中，速度環路限值滾動條設定到電機的最大 PWM 占空比。模式中，速度環路限值滾動條設定到電機的最大電流。16InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)ZHCA541 November 2011SPRABN7 © 2011, Texas Instruments IncorporatedGUI概述2.1 節中

28、電機繞線連接問題的正確是(c) 什么都發生，除非電機以相反的方向旋轉。ZHCA541 November 2011InstaSPIN 無刷直流 (BLDC)17SPRABN7 © 2011, Texas Instruments Incorporated重要德州儀器(TI) 及其下屬子公司根據 JESD46 最新標準, 對所提供的和服務進行更正、修改、增強、改進或其它更改， 并根據JESD48 最新標準中止提供任何和服務。客戶在下訂單前應獲取最新的相關信息, 并驗證這些信息是否完整且是最新的。所有都遵循在訂單確認時所提供的TI 銷售條款與條件。的銷售TI 保證其所銷售的組件的性能符合銷售

29、時 TI 半導體銷售條件與條款的適用規范。僅在 TI 保證的范圍內，且 TI 認為 有必要時才會使用測試或其它質量技術。除非適用法律做出了硬性規定，否則沒有必要對每種組件的所有參數進試。TI 對應用幫助或客戶設計不承擔任何義務。客戶應對其使用 TI 組件的和應用自行負責。為盡量減小與客戶和應 用相關的風險，客戶應提供充分的設計與操作安全措施。TI 不對任何 TI 專利權、權或其它與使用了 TI 組件或服務的組合設備、或流程相關的 TI 知識產權中授予 的直接或隱含權、限作出任何保證或解釋。TI 所發布的與第或服務有關的信息，不能從 TI 獲得使用這些或服 務的、或認可。使用的專利權或其它知識產權方面的，或是 TI 的專利權或其它 知識產權方面的此類信息可能需要獲得第。對于 TI 的手冊或數據表中 TI 信