基于 STM32 的 300W 无刷直流电机驱动方案

如何驱动无刷电机？

近些年，由于无刷直流电机大规模的研发和技术的逐渐成熟，已逐步成为工业用电机的发展主流。围绕降低生产成本和提高运行效率，各大厂商也提供不同型号的电机以满足不同驱动系统的需求。现阶段已经在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面应用。

无刷直流电机的优点与局限性

优点：高输出功率、小尺寸和重量、散热性好、效率高、运行速度范围宽、低电噪声、高可靠性和低维护要求、高动态响应、电磁干扰少。

局限性：无刷电机控制器昂贵、需要复杂的驱动电路、需要额外的位置传感器(FOC 不用)。

无刷直流电机的驱动方法

无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式。

按驱动波形：方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现电机无位置传感器控制;

正弦驱动：这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。这种方法又有 SPWM 和 SVPWM(空间矢量 PWM)两种方式，SVPWM 的效果好于 SPWM。

300W 直流无刷电机驱动方案

使用 STM32G431 微控制器做为主控芯片，STSPIN32G4 高性能半桥门驱动器做为电机驱动。STSPIN32G4 使用 9x9mm VFQFPN 封装，具有丰富可编程功能，可实现电流传感，每个功率 MOSFET 的漏源极电压传感，以及过流保护，是做电机完全集成控制的解决方案。

外部接口

板子使用标准的 Arduino 连接器接口，能够与扩展板(如 MEMS 传感器或蓝牙收发器)进行组合，CAN 总线的配置允许与主或从模块进行互连，可以构建复杂的运动控制系统。板载 ST-LINK/V2 编程器方便进行固件的调试。

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应用范围

方案支持配置为三分流或单分流，支持无传感器和基于传感器的控制算法。

可应用于工业和家庭自动化，家用电器，如吸尘器、烘干机和清洁机器人，伺服驱动和电动自行车，电动和园艺工具，泵与风机，无人机和航模。

技术参数

• 32 位 ARM Cortex -M4 MCU+FPU

• 时钟频率高达 170MHz

• 用于三角函数的 CORDIC 数学硬件加速器

• 128kB Flash 内存，专有代码读出保护

• 32kB SRAM 内存与硬件奇偶校验

• 两个先进的定时器电机控制，16 位，多达六个 PWM 通道

• 八个通用定时器

• 两个 adc 12 位分辨率(多达 19 个通道)，转换速率为 4Msps

• 4 个 12 位 DAC 通道

• 全套接口(I(2)C, SPI, UART, CAN)

• 3.3V LDO 线性稳压器，最高 150mA

• 低静态线性稳压器的 MCU 电源在待机模式

• 具有全套保护功能的监控机制，热停机、短路和过载保护

• 75V 额定栅极驱动器，1A 接收器/源电流和嵌入式自举二极管

• 每个功率 MOSFET 的漏源极电压传感

• 输入母线电压从 10V 到 75V，配有专用监控

• 功率级基于 STL110N10F7 功率 MOSFET，输出电流高达 20Arms(安装散热器)，并保护过流条件

• 三分流或单分流配置电流传感

• 数字霍尔传感器和正交再编码输入

• ST-LINK/V2 编程器和调试器

• Arduino UNO 连接器

• 易于使用 CAN 总线

• 用于功率级温度监测的 NTC 传感器

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参考设计资料

原理图：

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Gerber 文件：

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BOM 文件：

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资料下载：

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