基于CH32M030的无人机电调设计

1. 简述

方案采用CH32M030作为主控，其内置了MOS的预驱和LDO，同时内置了OPA和CMP，可以说非常适合无人机电调应用。芯片的主频72MHz，RISC-V内核，支持RV32IMCBX指令集，12KB SRAM，64KB FLASH。支持4-29V供电，内部两个LDO，3.3V为MCU供电，还有一个电压可调的LDO(5V/8V/9V/10V)为内置预驱供电。这样仅需一些阻容器件和MOS，即可实现BLDC的控制。

考虑ESC的体积芯片选择了C8U7封装，但是同时也留了点小心思，从手册的封装图看，其G8R7是更适合电机运用的封装（但是QSOP28的封装），所以引脚还是用了和G8R7一样的脚，如果有不在意体积，在意焊接难度的话，可以把封装替换掉。程序任然可以用。下图为其系统框图，可以看到其内部是有四组半桥，想必对于我们驱动两个有刷或者无线充类的应用也是非常合适，同时也有PDUSB和其他通用外设，不得不说很香！

更多资料大家可以参考WCH官网，这里不再赘述。

2. 设计原理

原理上和其他ESC的设计一致，采用芯片内置的比较器，比较虚拟中性点和浮空项电压的方式，实现过零检测和换向，下图为一个简单的结构框图：

2.1 电源

首先其电源模块，在设计之初，抱着怀疑一切的态度，设计预留了外部的9V和3.3V的LDO。最后实际验证，内部的LDO很好用。只需要从VHV引脚输入一个高压即可。

2.2 电压电流温度采样

电压采样没啥好说的，就分压送到ADC的一个通道即可。由于这个芯片内部没有温度传感器，需要外部接一个NTC，送到ADC去采样。对于电流的采样我这里使用了一个外置的放大器，如果不考虑兼容G8R7的封装，可以直接使用内部的放大器，这样BOM再次精简。

2.3 反电势检测

前面提到将虚拟中性点电压和浮空项电压分压送入比较器，进行过零点检测和换向控制，以下是常见的电路图：

2.4 MCU

可以看到，只需要从VHV送入电源电压即可（当然要在芯片的正常工作电压范围内），内置的预驱引脚直接接到MOS即可，电路大大简化。3.3V 手册上给出其大概约能承受20mA的负载电流，所以小的负载，可以考虑直接用该电源供电。

3. 程序下载方法

由于单片机的调试口DIO和比较器的引脚复用，在下载程序前反电势检测的几颗电阻和电容先不焊接，待烧录完程序后补焊。

然后使用WCH-LINKE，用5V连接+，GND连接-，DIO连接DIO，由于其支持单线下载，不需要连接CLK，CLK可以复用为打印或者TLM接口。通过WCH-LinkUtility软件，选择M030，并通过单线下载。

4. 固件说明

当前固件仅支持 DSHOT300/600，支持双向DSHOT，且适配了bluejay的兼容BootLoader，这样可以通过bluejay的web来配置里面的参数，修改启动音乐等。但是由于升级是web似乎有限制，检测到非51的固件后就强制结束，目前升级功能受限。

5. 附件说明

（1）由于工程从Kicad导入过来，所以想要直接使用我的板子测试的同学，可以使用附件1的gerber文件；

（2）固件程序；

（3）空载测试视频；

（4）BF和bluejay配置测试视频，测试时只接了一路。