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CMS32M5533-中微-吸尘器方案

信息来源 : 网络 | 发布时间 : 2022-06-28 13:42 | 浏览次数 : 763

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1. 概述

本方案采用极具性价比的 32 位 MCU 芯片 CMS32M5533 为主控, 为驱动算法运行、恒功率控制、PWM 调速提供保障。  具有低噪音、  低损耗、  运行平稳、  使用寿命长等技术优势,  为广大客户提供高性价比的、 稳定可靠的方案选择。  为客户提供完整方案,  包括原理图、  源程序以及应用说明。  并可提供定制服务,  更 有专业技术服务团队提供技术支持。

1.1 MCU 简介

CMS32M55xx 系列 MCU 是中微半导体基于 ARM-Cortex M0 推出的高端电机控制专用芯片。  主频高达 48MHz,  工作电压 2.1V 至 5.5V;  提供 32K Flash Memory,  8K SRAM;  多达 30 个 GPIO;  6 通道增强型 PWM 可输出死区可控的互补型 PWM;  内置采样率 100Ksps 的 12-bit 低速 ADC,  内置采样率 1.2Msps 的 12-bit 高速 ADC;  内置 2 通道高性能运算放大器,  2 通道模拟比较器,  2 通道增益可调的可编程增益放大器;  32 位硬件除法器仅需 6 个系统时钟;  通信接口方面提供 2 个 UART, 1 路 SPI, 1 路 I2C;  工业级标准设计,  可 工作在-40至-105;  集成 6N 驱动模式,  降低方案的外围元器件和 BOM 成本;  提供 IEC60730 安规认证 库,  协助客户轻松通过 CLASS B 认证; 提供 SSOP24,  QFN40 及 LQFP48 多种封装。

 

2. 方案特点

集成 12Bits 高速 ADC,  多路高性能模拟运放和可编程 PGA,  精简外围电路。

无感 FOC、  单电阻控制方式

>  自收敛直接闭环启动算法,  适应不同负载启动,  100%启动成功。

顺风启动效果优良,  启动快速平稳,  无失步,  运行平稳噪音低。

恒功率控制,  线性堵风口识别并保护。

转速控制可高达 100000+RPM

标准三线接口:  Vsp  (或 PWM)  、  VCC、  GND

具备优异的 CE、  ESD 性能,  EFT>4200V 。

 

3. 方案说明

3.1 典型应用原理图

 

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图1 原理图

 

3.2 典型应用 PCB 图

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图2 PCB图

 

3.3 主要单元电路说明

3.3.1 辅助电源电路  (5V 线性稳压)

 

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图3

 

5V 线性稳压:输入电压经 U1(AMS1117-5.0)线性稳压产生系统需要的 5V。

 

3.3.2 输入母线电压检测:

 

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图4

输入电压由 R28 和 R29 电阻分压,经 C18 滤波输入单片机进行采样来完成母线电压检测功能。

 

3.3.3 MCU 与预驱动

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图5

CMS32M5533 是 ARM-Cortex M0 内核,  同时内置 90V 三相半桥驱动模块芯片。MCU负责整个系统的信号采集,  数据处理,  驱动输出,  逻辑功能控制。

 

3.3.4 反电动势采样

 

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图6

本方案兼容方波BLDC和FOC单电阻控制,  无刷无感直流电机通过反电动势来判断转子位置,  使用MCU的内置比较器来侦测过零点之前,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。

 

3.3.5 调速控制

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图7

MCU接受到VSPM调速信号,  控制电机转速。

 

3.3.6 温度保护

 

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图8

温度保护:  RT1为负温度系数热敏电阻,  R27与RT1构成分压电路,  Layout时RT1靠近功 率MOSFET放置。通过检测功率MOSFET温度变化引起的R27与RT1构成的分压电路输出的电 压变化来完成过温保护信号采样。

 

3.3.7 功率回路

 

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图9

6颗功率MOSFET按CMS32M5533给出的信号轮流导通驱动电机旋转,  根据不同的MOSFET选择合适的Rg电阻。并考虑在极限工况下的耐电压耐电流参数,且留有一定的余量。

 

3.3.8 电流采样

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图10

采用 0.005R 采样电阻取得母线电流对应的电压信号,通过单片机内置运算放大器放大 (放大倍数为 10 倍)。为了能得到准确的电流信息,增加偏置电路。偏置电压由 R21、R22、R19 分压后通过 CMS32M5533 内部运算放大器产生。

 

4. PCB Layout 注意事项

4.1 布局注意事项

   整体布局遵循功率回路与小信号控制回路分开布局原则,功率部份在满足铜箔载流量与温度敏感器件距离的前提下,按最小环路面积布局。

   芯片的放置方向优先考虑驱动出线,电流采样以及反电动势采样等关键信号。

   单元电路地回路按输出回输入原则走线

    Rsense 电阻尽量靠近输入 Bulk Capacitor 布局

   滤波电容抵近端口放置

    电阻分压采样下偏阻容尽量抵近检测端口放置  (特别是反电动势采样与电流采样相关)

   驱动 Rg 电阻抵近 MOSFET 放置

    NTC 温度传感器贴近热源放置

 

4.2 关键信号走线

   运放电流采样按差分走线,从 Rsense 焊盘中间出线,走线远离干扰源。

   运放基准地应与 MCU 为同一参考地,反电动势采样地与 MCU 为同一参考地。

   敏感弱电信号线与强电或高频信号线保持一定距离,例如: U, V,  W,相线禁止从芯片底部走线。

   辅助电源从输入 Bulk Capacitor 出线。


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应用范围

吸尘器、高端电机控制等

系统方块图

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