【MPS机器人挑战赛作品】MPS_FOC

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项目简介

MPS活动造的FOC,适用于伺泰威6010-8电机

项目参数

本开源主控芯片采用STM32G431, 三相驱动采用了MP6539, 外挂MP4583做12V供电, 5V供电采用了MPM3632S, 3V3选择了MP20051, 编码器采用MA600A, 通信支持CAN和串口. HPM5361的版本验证了驱动的发波, MA600A的通信功能.
栅极驱动采用了MP6539, QFN封装, 体积小方便LAYOUT, 有几个要注意的点:

1. OCREF引脚耐压为2.4V, 不支持直接上拉到3.3V
2. Sleep引脚内部有弱下拉, 不使用Sleep功能时要外挂电阻上拉
3. LSS引脚通过看芯片框图判断可以通过MOS下管的Rdson实现过流保护, 因此不使用电流采样功能时要直接接地, 不能浮空
4. CSO引脚需要通过电阻和电容并联接地, 具体说明请看芯片手册
5. 外部供12V电时, LDO直接接电容到地即可, 具体说明请看芯片手册

12V降压采用的MP4583, 好用, 配合404030封装的电感可以实现宽压输入12V输出, 如果使能脚EN和输入电压耐压相同就更好了
5V降压采用的MPM3632S电源模块, 体积小, 但是发热有点 嗯~ o(￣▽￣)o 大, 这个没有想到, 焊接的时候注意不要长时间加热,长时间加热会把上面的电感,电容吹掉.
3V3用的MP20051, 如果这个芯片有固定电压输出的版本就更舒服了.
磁编码器MA600A有几个点需要注意:

1. 这颗芯片的CS脚实际在内部实现了一个锁存的功能, 下拉的时候寄存器停止更新, 恢复到高电平是数据更新, 因此需要连接至单片机的GPIO
2. 底部焊盘接不接地都行, 不影响芯片正常工作

MOS采用了CSD88599, 体积小, 同时方便布置采样电阻( 特别是0612反极电阻 ). 耐压60V, 空载的情况下可以满足耐压测试的55V, 实际带载的话最好不要超过48V.
电流采样采用的低侧电流采样方案, 0612反极电阻配合RS824运放实现放大, 运放用的电阻推荐采用富捷的0402 0.1%精度电阻, 有利于更高精度的采样 ( 有20-15券 ), 采样电阻采用的是毫欧的采样电阻. 目前采用的是5mΩ的, 如果考虑到堵转电流可以换成2mΩ.

母线电容采用了16个100V的mlcc电容, 保证即使有直流降额容量依旧足够, 如果任然担心可以放一个小的固态电容

注意事项

• 原工程采用AD绘制, 以AD版本为准
• HPM6531版本的驱动电路设计有点小问题, 以SMT32G431版本为准
• 固定PCB的螺丝采用的2M, 5mm长的螺丝.
• PCB采用喷锡工艺的话建议将固定孔尺寸减少2-5mil, 否则螺丝拧紧后PCB会直接卡在固定柱上, 沉金工艺的不用.
• 烧录口采用的SH1.0, 建议换成SHB1.0或者NH1.0, 带锁扣会牢一点

实物图

图1：STM32G431版方案


图2：HPM5361版本方案

1月31日, 重新写了下转速环, 100rpm(输出轴)下精度可以达到正负2rad/s(减速箱前), 200rpm(输出轴)下精度可以达到正负3rad/s(减速箱前), 在转速突变是会有点过冲.

200rpm(输出轴)下电机目标转速和实际转速波形, 图中红色为目标转速, 蓝色为实际转速,一格代表1rad/s

100rpm(输出轴)下电机目标转速和实际转速波形, 图中红色为目标转速, 蓝色为实际转速,一格代表1rad/s

从200rpm下降到100rpm, 有点过冲