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20 分钟

使用TB9083FTG和PIC32MZ2048EFM100在苛刻的汽车应用中控制无刷直流电机

用于无刷(BLDC)电机控制的汽车GATE驱动器

Brushless 30 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 9月 05, 2024

点击板

Brushless 30 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

精准可靠地控制您的无刷直流电机,即使在最严苛的汽车环境中,也能确保安全性能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 30 Click基于Toshiba Semiconductor的TB9083FTG栅极驱动IC,专为汽车环境设计,符合AEC-Q100和AEC-Q006标准。该Click板™充分利用了TB9083FTG的功能,具有三相BLDC预驱动器,通过六个板载外部MOSFET(TPH1R104PB)控制无刷电机。此外,它集成了安全继电器预驱动器,增加了额外的保护层。TB9083FTG还包含内置电荷泵、可调节的每个电机相位电流检测放大器和振荡器电路,并通过SPI通信接口,简化了配置和与主MCU的通信。为了确保可靠的性能,TB9083FTG提供了多种错误检测功能,包括欠压、过压、过温和外部MOSFET保护,使Brushless 30 Click成为诸如电动助力转向(EPS)、电动刹车和泵等汽车电机控制应用的可靠选择。该Click板™支持多种外部电源,输入电压范围为4.5V至28V,通过前端的接线端子接入电源。它可

以提供高达10A的峰值输出电流,为连接到底部端子的BLDC电机提供强大的驱动力。板上还通过未焊接的J1连接器提供专用引脚,用于连接驱动设备提供的6个PWM信号,驱动连接到Brushless 30 Click板™端子的BLDC电机。正如前面提到的,Brushless 30 Click通过4线SPI接口与主MCU通信,支持最高2MHz的时钟频率,确保数据传输的快速可靠。SPI接口允许修改设置,如触发阈值和响应动作。除了接口引脚外,板上还使用了mikroBUS™插座上的两个其他引脚。ALR引脚用于在检测到异常情况时打开或关闭电机驱动和安全预驱动电路。该引脚连接到一个红色的ALR LED指示灯,用于提供此类情况的视觉警报。同样,DAG引脚作为TB9083FTG的诊断输出,提供有关是否检测到错误状况的信息。该引脚连接到一个橙色的DAG LED指示灯,用于直观地显示诊断状态。除了J1连接

器外,该板还包含几个未焊接的连接器,提供额外的功能。AxO(J3)连接器连接到电流检测电路,该电路具有三个电机电流检测放大器。这些输出可以放大通过与电机驱动连接的分流电阻的电流引起的差分电压,从而提供精确的电流测量。SRxO(J4)连接器连接到安全继电器预驱动器,控制连接到此未焊接连接器的电源或电机继电器。安全继电器预驱动器电路通过CP_RLY_CTRL SPI寄存器管理,并包含内置的500Ω电阻和防反向连接的二极管。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电平运行。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Brushless 30 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

你完善了我!

配件

带有霍尔传感器的无刷直流 (BLDC) 电机是来自 42BLF 电机系列的高性能电机。该电机采用星形配置布线,具有 120° 的霍尔效应角度,确保精确和可靠的性能。电机长度紧凑,仅为 47mm,重量轻巧,仅 0.29kg,专为满足您的需求而设计。在 24VDC 额定电压和 4000 ± 10% RPM 速度范围内,电机能够平稳运行,提供持续稳定的动力。它在 -20 到 +50°C 的正常工作温度范围内表现出色,保持了 1.9A 额定电流的高效运行。此外,该产品能够与所有 Brushless Click boards™ 以及需要配备霍尔传感器的 BLDC 电机的应用无缝集成。

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
ID SEL
RA9
RST
SPI Select / ID COMM
RPD4
CS
SPI Clock
RPD1
SCK
SPI Data OUT
RPD14
MISO
SPI Data IN
RPD3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Pre-Driver Enable / Alarm
RPE8
PWM
Diagnostic Output
RF13
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 30 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MB 1 Access - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Brushless 30 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless30_write_reg - 此函数通过SPI串行接口将数据字写入选定寄存器。

  • brushless30_read_reg - 此函数通过SPI串行接口从选定寄存器读取数据字。

  • brushless30_get_diag_pin - 此函数返回DIAG引脚的逻辑状态。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Brushless 30 Click example
 *
 * # Description
 * This example configures the Brushless 30 click board and makes it ready for
 * the motor control over 6 PWM input signals.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Monitors the DIAG pin state, displays the STAT1 and STAT2 registers on the USB UART,
 * and clears the set flags.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless30.h"

static brushless30_t brushless30;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless30_cfg_t brushless30_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    brushless30_cfg_setup( &brushless30_cfg );
    BRUSHLESS30_MAP_MIKROBUS( brushless30_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == brushless30_init( &brushless30, &brushless30_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS30_ERROR == brushless30_default_cfg ( &brushless30 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, " Click is configured successfully.\r\n" );
    log_printf( &logger, " Apply a 6 PWM signals to UVW H/L pins to drive the motor.\r\n" );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t status = 0;
    if ( !brushless30_get_diag_pin ( &brushless30 ) )
    {
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT1: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT1: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT2: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT2: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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