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20 分钟

使用TB9083FTG和PIC18F57Q43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 Nano with PIC18F57Q43

已发布 9月 05, 2024

点击板

Brushless 30 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

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

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

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
PA7
RST
SPI Select / ID COMM
PD4
CS
SPI Clock
PC6
SCK
SPI Data OUT
PC5
MISO
SPI Data IN
PC4
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Pre-Driver Enable / Alarm
PB0
PWM
Diagnostic Output
PA6
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 Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 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
PIC18F57Q43 Curiosity 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

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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