仙童FCM8201.docx
- 文档编号:27174469
- 上传时间:2023-06-27
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:414.64KB
仙童FCM8201.docx
《仙童FCM8201.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《仙童FCM8201.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
仙童FCM8201
仙童FCM8201
三相正弦曲线无刷直流电机控制器
特点:
支持空间矢量调制(SVM)
支持正弦波方波
内部嵌入时钟发生器
内部嵌入转矩循环控制的误差放大器
直接任务控制
方波120°,正弦波180°翻转
锁相环角度检测
可现场编程的电流超前相位
串口(SPI)
两种操作模式(单机操作或SPI控制)
可编程的软开关电路
同步整流
过压和欠压保护
电机和功率管过压保护
三级过流保护
可编程的晶振时间
高温保护
工作温度范围:
-40°到85°
应用:
无刷直流电机控制
低噪声电机应用
风扇,水泵
介绍:
FCM8201是一个三相正弦曲线无刷直流电机控制器。
有霍尔传感器的设计,使用霍尔传感器的信号,控制系统通过开关三相逆变器来变换PWM波。
有两种PWM波模式选择-正弦波模式和方波模式。
方波模式包含了PWM-PWM和PWM-ON-PWM提高了电机驱动的效率。
完整的功能保护包含过压,过流,高温和短路保护当前电路和电机损坏。
电压电流温度可以通过串口(SPI)非常容易的得到。
FCM8021可以单机操作,也可以作为微控制器对无刷直流电机控制。
典型电路:
单机控制
通过串口与微处理器相连接控制
内部结构
内部有DCA,串口,ADC,PWM控制,电机转子角度预测(接霍尔信号),方波PWM发生器,正弦波PWM发生器,时钟发生器,保护电路,输出驱动和电源管理模块。
引脚定义:
引脚编号
名字
描述
1
HOVP
电动机驱动过压保护输出。
能够连接一个额外的功率管释放电动势
2
HA
霍尔传感器A输入端
3
HB
霍尔传感器B输入端
4
HC
霍尔传感器C输入端
5
CW/CCW
方向控制输入。
单机控制模式下CW高电平,CCW低电平
SCLK
连续时钟输入。
为串口操作设计。
6
FREE/ST
控制模式选择。
低电平时为单机控制模式,高电平时串口打开
SDI
连续数据输入。
7
XP
电路上并未连接,单机模式下
SDO
微处理器模式下,串口连续数据输出
8
XN
电路上并未连接,单机模式下
SEN
串口使能端,低电平有效
9
FO
翻转脉冲输出悬空
10
DGND
数字地。
11
VOUT
稳压器输出。
这个管脚和地之间接一个0.1uF的电容。
12
IP
转矩误差放大器正向输入。
13
OPO
转矩误差放大器输出。
14
IN
转矩误差放大器反向输入。
特定连接
15
I_FB
电流反馈输出。
16
DUTY
PWM控制输入,在单机模式下PWM波循环控制
17
R_CLK
外部时钟发生器连接电阻。
决定内部时钟频率
18
AGND
模拟地。
19
I_IN
电流反馈输入端。
20
AS
角度偏移输入。
PWM角度修正信号输出。
修正角度范围是0到60度
21
VSENSE
电机驱动感应电阻电压。
决定了电压保护电压等级
22
RT
热敏电阻电压输入。
高温保护
23
OC_TMR
等待激活时间输入。
连接电容决定时间延时和过载时间保护
24
nFAULT
故障标志。
低电平,系统出现问题
25
VPP
电源电压输入。
26
Z
W低桥臂PWM输入。
27
W
W高桥臂PWM输入。
28
Y
V低桥臂PWM输入。
29
V
V高桥臂PWM输入。
30
X
U低桥臂PWM输入。
31
U
U高桥臂PWM输入。
32
PGND
电源地。
绝对最大额定参数:
参数超过了最大额定参数也许会烧毁器件。
符号
参数
最小值
最大值
单位
Vvpp
电源电压
0
30
V
ESD
推荐操作范围:
符号
参数
范围
最小值
典型值
最大值
单位
TA
运行环境温度
-40
+85
℃
Vpp
电源电压
10
12
17.5
V
Fsys
系统时钟
0.96
1.28
1.92
MHz
R_CLK
外部时钟发生器电阻
12
kΩ
Ri_in
输入基准电阻
10
kΩ
电气特性:
VPP=12V,TA=25℃
符号
参数
环境
最小值
典型值
最大值
单位
Vpp
VVPP_ON
电压开启门槛
8.5
9.0
9.5
V
VVPP_OFF_HYS
电压关断
0.7
0.85
1
V
IDD_OP
供电电流
VPP=12V,FSYS=1.28MHz
4
5
6
mA
Vpp调整
VVOUT
电压输出调整
输出电流5mA
5.0
5.2
5.4
V
IVOUT
电流输出调整
VVOUT=5.2V
10
mA
CVOUT
外接电容调整
0.1
uF
数字I/O
VIH_HALL
霍尔信号高电平输入
4
V
VIL_HALL
霍尔信号低电平输入
1
V
VHYS_HALL
霍尔信号滞后电压
2.0
2.5
3.0
V
TDEB_HALL
霍尔信号翻转时间
5
uS
VIH_SPI
串口信号输入高电平
2.5
5.3
V
VIL_SPI
串口信号输入低电平
-0.3
1.0
V
VOH_SPI
串口信号输出高电平
IO=4mA
4
V
VOL_SPI
串口信号输出低电平
IO=4mA
1
V
RDIO_UP
I/O口上拉电阻
150K
200K
250K
Ohm
高电平I/O口
VOH_PWM
PWM输出高电平
VPP=12V,IO=4mA
10
V
VOL_PWM
PWM输出低电平
VPP=12V,IO=4mA
1
V
VOH_HOVP
HOVP输出高电平
VPP=12V,IO=4mA
10
V
VOL_HOVP
HOVP输出低电平
VPP=12V,IO=4mA
1
V
PWM控制
VFD
DUTY满任务电压
4.4
4.5
4.6
V
VZD
DUTY零任务电压
0.45
0.5
0.55
V
tPWM_MIN
PWM最小开启时间
R_CLK=12KΩ
1
uS
TDEAD0
PWM截止时间
DT[1:
0]/PWM_REG=00
2
uS
TDEAD1
PWM截止时间
DT[1:
0]/PWM_REG=01
1.5
uS
TDEAD2
PWM截止时间
DT[1:
0]/PWM_REG=10
3.0
uS
TDEAD3
PWM截止时间
DT[1:
0]/PWM_REG=11
2.5
uS
REGZD
DUTY_REG和IP_REG零任务的值
0x00
0x07
FPWM_MIN
PWM频率
15KHz:
R_CLK=16KΩ
20KHz:
R_CLK=12KΩ
30KHz:
R_CLK=8KΩ
15
20
30
kHz
IO_OPO
转矩误差放大器输出电流
0.5
mA
AvERR
转矩放大器增益
60
dB
GBWERR
转矩放大器单位增益带宽
10
MHz
正弦PWM发生器
VSIN_ENA
DUTY脚正弦信号使能门槛
0.75
V
VSIN_DIS
DUTY脚正弦信号失效门槛
0.65
V
tSIN_ENA
正弦信号翻转使能时间
1
mS
tSIN_DIS
正弦信号翻转失效时间
100
mS
过流保护
VOCP_SH
短路电流保护门槛电压
VI_IN≧VOCP_SH
2.5
V
VOCP_CYC
循环电流保护门槛电压
VI_IN≧VOCP_CYC
1.5
V
VOCP_OL
过载电流保护门槛电压
VI_IN≧VOCP_OL
1.4
V
VOC_TMR
OC_TMR脚门槛电压
2.5
V
ITMR_CHG
OC_TMR充电电流
OC_TMR=0V
40
uA
ITMR_DIS
OC_TMR放电电流
OC_TMR=5V
10
uA
IBIAS_I_IN
I_IN基准电流
RI_IN=10kΩ
50
uA
IO_I_FB
I_FB输出电流
0.5
mA
GI_FB
I_FB输出增益
8
过压欠压保护
VOV_VPP
系统过压保护门槛电压
VPP>VOV_VPP
18
V
VOV_VPP_RLS
系统过压保护释放电压
VPP<VOV_VPP_RLS
17
V
tOV_VPP
系统过压保护滞后时间
VPP≧VOV_VPP
100
uS
VUV_VPP
系统欠压保护门槛电压
VPP≦VUV_VPP
8
V
VUV_VPP_RLS
系统欠压保护释放电压
VPP>VUV_VPP_RLS
9
V
VUV_VOUT
VOUT脚欠压保护门槛电压
VVOUT≦VUV_VOUT
4
V
VUV_VOUT_RLS
VOUT脚欠压保护释放电压
VOUT>VUV_VOUT_RLS
4.5
V
VOV_MOTOR
电机驱动过压保护门槛电压
VVSENSE≧VOV_MOTOR
4.5
V
VRL_MOTOR
电机驱动过压保护释放电压
VVSENSE≦VRL_MOTOR
4.0
V
过温保护
VRT
过温保护门槛电压
RT 1 V VRT_RLS 过温保护释放电压 RT>VRT_RLS 1.2 V IRT RT脚电流 50 uA 引脚开路短路保护 VSHORT 引脚短路保护 R_CLKpin 0.2 V VOPEN 引脚开路保护 R_CLKandRTpins 4.8 V 功能描述: 电源管理和调整 FCM8201能够被操作在一个很宽的电源电压范围10V-15V。 VOUT引脚是内部电压调整器的输出引脚。 典型的电压输出范围是5V-5.2V。 为了稳定VOUT电路,需要在VOUT引脚和地之间外加一个电容。 如果VPP低于8V门槛电压,FCM8201将会停止工作,内部寄存器会进入休眠状态。 时钟发生器 FCM8201拥有一个可编程的晶振。 由R_CLK外加电阻决定,系统时钟能够由程序控制在960kHZ到1920kHz。 PWM波的开关频率等于系统时钟的1/64。 因此,当系统时钟为960kHz时,PWM等于960kHz/64=15kHz。 相似的,如果要得到20kHz的PWM,则系统时钟应该被设置成为1.28MHz。 PWM整流 FCM8201同时支持方波PWM和正弦波PWM对无刷直流电机控制。 控制器检测霍尔传感器的发出转子的位置信号。 对于方波PWM,PWM两种整流方式见表一、表二。 方波同时可以通过串口设置内部的控制寄存器。 P是PWM,Pb是PWM翻转 霍尔信号输入 FCM8201为了防止霍尔信号失灵提供了3-6us的抖动时间。 当三极管霍尔信号产生缓慢,抖动时间和逻辑错误可能产生。 通过建立一个霍尔信号校准电路,FCM8201可以最小化抖动和相关错误。 这个功能可以FCM8201通过串口控制寄存器实现。 霍尔信号正负两极通过设置HA_INV,HB_INV,HC_INV等级来配置。 比如,HA_INV=1,内部的霍尔信号A会翻转HA引脚,否则,内部霍尔信号A与HA引脚相同。 PWM任务循环和操作 PWM任务与电压等级在OPO和DUTY引脚上成比例。 FREE/nST引脚被用作PWM信号使能。 当FREE/nST引脚设置成逻辑高时,PWM状态设置成关断模式,所有PWM输出(六个输出引脚)都为逻辑低。 FCM8201支持各种PWM操作模式来适应不同的应用需求。 正弦波形发生器 FCM8201包含了一个正弦波PWM空间向量调整(SVM)。 角度检测电路通过电机霍尔信号锁相电机转子位置。 CW=0正转的时候 CW=1反转的时候 通过比较得到的六路PWM信号U、X,V、Y,W、Z分别是一组反向的信号 电流反馈和保护 电流反馈电路提供了两个主要功能: 电机控制提供电流反馈信号 过流保护。 I_IN引脚输出一个50uA的电流提供给I_IN引脚直流基准防止负电压。 这种保护体现在两个等式中: I_FB和I_IN,一个0.5V直流基准电压在I_IN上提供。 最大平均电流信号是1V。 通过使用这些参数,最大I_FB信号波动在0.5V-4.5V之间。 FCM8201提供了三种不同等级的过流保护。 第一种是1.4V通常用于有过流定时器延时过载电流保护。 如果I_IN高于1.4V,过流定时器延时会被触发。 过流保护的门槛激活,使定时器超过截止时间限制。 第二种是1.5V用于对回路电流的限制。 在I_IN>1.5V是PWM信号会被立即关断。 第三种是2.5V,这个等级设计来对短时电流保护。 如果I_IN>2.5V超过了3路PWM脉冲,所有的PWM输出端(六路)会被全部关断。 保护和差错 类型 状态 触发条件 释放 VPP过压 停止 VPP>18V VPP欠压 停止,重启 VPP<8V VOUT欠压 停止 VOUT<4V RT 停止 RT<1.0V RT>1.2V OS 停止 霍尔逻辑错误 停止 Hall=000or111 HOVP 停止 VSENSE>4.5V 过流门槛 停止 I_IN>1.4 ↑Run 看门狗 停止 看门狗到时间 寄存器释放 SHORT 停止 I_IN>2.5V ↑Run 数模转换 FCM8201有一个8位的DAC用于通过串口控制DUTY和IP。 模数转换 FCM8201有一个5位的ADC用于AS,VSENSE,I_FB,RT信号通过串口读取它的电压。 I/O可选功能 两种I/O类型包含单机和微控制器应用。 串口 在微控制器下能够使用FCM8201串口。 I/O口写入串口的时间序列 I/O读出串口时间序列 符号 参数 环境 最小值 典型值 最大值 单位 tSEL 位选稳定时间 FSYS=1.28MHz 12 100 uS tTR 位选时间 FSYS=1.28MHz 0 12 uS tACT Acknowledge位拉底时间 FSYS=1.28MHz 1 mS tRES FCM8201响应时间 FSYS=1.28MHz 4 uS 表六SPI寄存器表(读写) CNTL_REG: 系统控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x00 CNTL W/R TMR_CLR OC_TMR2 OC_TMR1 OC_TMR0 IP_EA DT_EA CW FREE/nST RESET 0 0 0 0 0 0 1 1 b7 TMR_CLR 过流保护定时器清零 1时清零,0正常工作 b6[6: 4] OC_TMR[2: 0] 过流保护定时器配置 000=通过OC_TMR引脚配置过流保护定时器 001=过流保护定时器配置为2^18÷FSYS 010=过流保护定时器配置为2^19÷FSYS 011=过流保护定时器配置为2^20÷FSYS 100=过流保护定时器配置为2^21÷FSYS 101=过流保护定时器配置为2^22÷FSYS 110=过流保护定时器配置为2^23÷FSYS 111=过流保护定时器配置为2^24÷FSYS b3 IP_EA IP_REG使能 1=通过IP_REG任务控制,0=通过IP引脚任务控制 b2 DT_EA DUTY_REG寄存器使能 1=通过DUTY_REG任务控制,0=通过DUTY引脚任务控制 b1 CW 输出驱动方向 1=CW正转,0=CCW反转 b0 FREE/nST 停止或启动 1=FREE(PWM没有输出),0=START(PWM输出) PWM_REG: PWM控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x01 PWM 读写 PMOD n/a DT1 DT0 SEQ_TBL SYNCOFF EXT_SYN LPWM RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b7 PMOD PWM模式选择 0=相位检测器后的正弦波PWM驱动 1=相位检测器后的方波PWM驱动 b[5: 4] DT[1: 0] 软开关的截止时间设置 00=2uS,01=1.5uS,10=1uS,11=0.5uS b3 SEQ_TBL 方波序列表的选择 0=“PWM-PWM”整流,1=“PWM-ON”整流 b2 SYNCOFF 同步整流器(SR)使能 0=SR可用,1=SR不空用 b1 EXT_SYN 外加同步整流器配置 0=SR功能通过SYNCOFF位控制 1=SR功能通过OC_TMR引脚控制。 在这个选项中,CNTL_REG中OC_TMR[2: 0]位不能被设置为0 同时OC_TMR引脚: 高=SR可用,低=SR不可用 b0 LPWM 低桥臂PWM最小值输出使能。 这个功能仅仅工作在方波PWM驱动时。 0=低桥臂PWM最小值输出不可用 1=低桥臂PWM最小值输出可用 ANG_REG: 相角移位寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x02 ANG 读写 ANG_SEL ARNG1 ARNG0 ANG4 ANG3 ANG2 ANG1 ANG0 RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b7 ANG_SEL 相角移位输入控制 0=通过设置AS引脚,1=通过设置ANG[4: 0] b[6: 5] ARNG[1: 0] 相位检测器工作范围 00=工作的霍尔频率为0.8-80Hz两极电机每分钟转速范围48-4800 01=工作的霍尔频率为0.4-40Hz两极电机每分钟转速范围24-2400 1x=工作的霍尔频率为3.2-320Hz两极电机每分钟转速范围192-19200 b[4: 0] ANG[4: 0] 相移功能角度设置 0-31=0-60等级 SVM_REG: 正弦波发生器控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x03 SVM 读写 SIM_MAU SIN_EA n/a n/a n/a n/a n/a n/a RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b7 SIN_MAU 正弦波驱动激励 0=正弦波自动触发 1=正弦波通过SIN_EA位激励,忽略AS<0.2V b6 SIN_EA 正弦波使能(本功能只有在SIN_MAU=1) 1=正弦波使能端打开 HALL_REG: 霍尔信号控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x04 HALL 读写 n/a n/a n/a n/a HREG HC_INV HB_INV HA_INV RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b3 HREG 霍尔信号校准使能 0=不可用,1=可用 b2 HC_INV 霍尔信号C输入 0=不反向,1=反向 b1 HB_INV 霍尔信号B输入 0=不反向,1=反向 b0 HA_INV 霍尔信号A输入 0=不反向,1=反向 WDT_REG: 看门狗定时器控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x06 WDT 读写 OSL_DIS OTL_DIS n/a CRC_ON WDT_EN CLR W_TMR1 W_TMR0 RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b7 OSL_DIS 打开短时门闩使能 0=没有短时门闩保护 1=短时门闩保护,通过FREE/nST引脚上升沿或高电平清零 b6 OTL_DIS 过温门闩使能 0=OTP(高温保护)没有设置门闩 1=OTP设置门闩,通过FREE/nST引脚上升沿或高电平清零 b4 CRC_ON 串口CRC检测使能 0=串口CRC检测不可用 1=串口CRC检测可用 b3 WDT_EN 看门狗定时器使能 0=看门狗定时器不可用 1=看门狗定时器可用,在计数器时间结束后输出错误 b2 CLR 清除看门狗定时器。 这位信号在WDT_EN=1时有效 1=WDT计数器重新设置。 在计数器被清零时,这位会自动设为0 b[1: 0] W_TMR[0: 1] 看门狗定时器选择 00=0.25S,FSYS=1.28MHz 01=0.5S,FSYS=1.28MHz 10=1S,FSYS=1.28MHz 11=2S,FSYS=1.28MHz DUTY_REG: 任务控制寄存器 地址 名字 类型 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 0x80 DUTY 读写 DUTY7 DUTY6 DUTY5 DUTY4 DUTY3 DUTY2 DUTY1 DUTY0 RESET 0 0 0 0 0 0 0 0 b[7: 0] DUTY[7: 0] DUTY等级控制 0-255=0.5-4.5
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 仙童 FCM8201