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STM32 IR2110驱动BLDC无刷直流电机-软硬件介绍

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1895|2
 楼主| 感动 发表于 2019-9-14 20:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
STM32, 软硬件, BLDC, 无刷直流电机, IR2110
本帖最后由 感动 于 2019-9-14 20:21 编辑

无刷直流电机比较流行，很多电机内部加入霍尔元件，通过霍尔元件可以知道电机转子的位置，根据这个位置给电机相线供电，这样电机就转起来了。框图如下所示
霍尔元件输出与相线输入电压的关系可以让BLDC电机厂家提供，一般都提供这个对应关系表，如下图所示
有了上面这些足可以让我们设计电路编写程序让电机转起来！

有上面的框图可以看出，3相电机的驱动需要六个mos管，一般用的是NMOS，大功率的NMOS比较便宜。大功率MOS管有较大的结电容，控制电压也高些，无法用单片机直接驱动，所以需要驱动电路。驱动芯片组成的驱动电路比较简单，常见的有IR2110S，我这里用IR2110S设计了MOS驱动电路，如下图所示，其中C24和D5是自举电路，为了控制Q3抬高电压。
3片IR2110S驱动6个NMOS，如下图
霍尔元件供电是5V，他的输出一般也是5V，可以分压后给单片机用。

单片机用流行STM32，他有高级定时器T1，T8，可以输出3对互补的PWM波，还有刹车信号输入，这些特性对于电机的可控制非常合适。电路如下图所示

BLDC电机控制用到单片机定时器及IO中断，初始化部分如下

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  1. {
    

  2.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  3.         TIM_TimeBaseInitTypeDef        TIM_TimeBaseInitStruct;
    

  4.         TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    

  5.         TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
    

  6.         EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;//
    

  7.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    

  8.         TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    

  9.         // ¿ªÆô¶¨Ê±Æ÷ʱÖÓ,¼´ÄÚ²¿Ê±ÖÓCK_INT=72M
    

  10.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
    

  11.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    

  12.         
    

  13.    // Êä³ö±È½ÏͨµÀ1 GPIO ³õʼ»¯
    

  14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 ;
    

  15.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  16.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  17.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  18.         
    

  19.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
    

  20.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  21.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  22.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    

  23.         //»ô¶ûÊäÈë
    

  24.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 ;
    

  25.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    

  26.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  27.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_0 ;
    

  28.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    

  29.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    

  30.         
    

  31.         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource0);
    

  32.         
    

  33.         EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0; 
    

  34.         EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    

  35.         EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
    

  36.         EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    

  37.         EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    

  38.         
    

  39.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    

  40.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;  
    

  41.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
    

  42.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 
    

  43.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    

  44.         
    

  45.         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource6);
    

  46.         
    

  47.         EXTI_InitStructure.EXTI_Line= EXTI_Line6; 
    

  48.         EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    

  49.         EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
    

  50.         EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    

  51.         EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    

  52.         
    

  53.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
    

  54.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;  
    

  55.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;
    

  56.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 
    

  57.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
    

  58.         
    

  59.         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource7);
    

  60.         
    

  61.         EXTI_InitStructure.EXTI_Line= EXTI_Line7; 
    

  62.         EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    

  63.         EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
    

  64.         EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    

  65.         EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    

  66.         
    

  67.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
    

  68.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;  
    

  69.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;
    

  70.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 
    

  71.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
    

  72.         
    

  73.         TIM_DeInit(TIM1);
    

  74.         TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;
    

  75.         TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up ; 
    

  76.         TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1000 ; 
    

  77.         TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 3 ; 
    

  78.         TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    

  79.         TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseInitStruct ) ;       
    

  80.         
    


  81. 

  82.   
    

  83.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    

  84.   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; 
    

  85.   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; 
    

  86.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1000;
    

  87.   
    

  88.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    

  89.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity= TIM_OCNPolarity_High;
    

  90.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
    

  91.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Set;
    

  92.   
    

  93.   TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    

  94.   TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    

  95.   TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    


  96. 

  97.   /* Automatic Output enable, Break, dead time and lock configuration*/
    

  98.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
    

  99.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
    

  100.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
    

  101.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 1;
    

  102.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
    

  103.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
    

  104.   TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
    

  105.   TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
    

  106.   
    

  107.   TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
    

  108.   TIM_OC2PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
    

  109.   TIM_OC3PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
    

  110.         
    

  111.   TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);
    

  112.   TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
    

  113.   TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE); 
    

  114.   
    

  115.   TIM_CCxCmd(TIM1,TIM_Channel_1,TIM_CCx_Enable);
    

  116.   TIM_CCxNCmd(TIM1,TIM_Channel_1,TIM_CCxN_Enable);
    

  117.   TIM_CCxCmd(TIM1,TIM_Channel_2,TIM_CCx_Enable);
    

  118.   TIM_CCxNCmd(TIM1,TIM_Channel_2,TIM_CCxN_Enable);
    

  119.   TIM_CCxCmd(TIM1,TIM_Channel_3,TIM_CCx_Enable);
    

  120.   TIM_CCxNCmd(TIM1,TIM_Channel_3,TIM_CCxN_Enable);
让电机转起来需要知道电机转子的位置，根据霍尔相位对应表驱动电机相线，程序里用中断获取霍尔电平的变化。
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  1. void EXTI0_IRQHandler(void) 
    

  2. { 
    

  3.         int i,j;
    

  4.         if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!=RESET)
    

  5.         {
    

  6.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    


  7. 


  8. 

  9.                 step=((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_6)>>6)+((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_7)>>6)+((GPIOB->IDR & GPIO_Pin_0)<<2);
    

  10.                 if(start==1)
    

  11.                 {
    

  12.                         TIM1->CCER=PHASE_CHANGE[step];
    

  13.                         int_count1++;
    

  14.                 }
    

  15.         }
    

  16. }
    


  17. 

  18. void EXTI9_5_IRQHandler(void) 
    

  19. { 
    

  20.         int i,j;
    

  21.         if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6)!=RESET)
    

  22.         {
    

  23.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6);
    


  24. 

  25.                 step=((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_6)>>6)+((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_7)>>6)+((GPIOB->IDR & GPIO_Pin_0)<<2);
    

  26.                 if(start==1)
    

  27.                 {
    

  28.                         TIM1->CCER=PHASE_CHANGE[step];
    

  29.                         int_count2++;
    

  30.                 }
    


  31. 

  32.         }
    

  33.         if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line7)!=RESET)
    

  34.         {
    

  35.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line7);
    


  36. 

  37.                 step=((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_6)>>6)+((GPIOA->IDR & GPIO_Pin_7)>>6)+((GPIOB->IDR & GPIO_Pin_0)<<2);
    

  38.                 if(start==1)
    

  39.                 {
    

  40.                         TIM1->CCER=PHASE_CHANGE[step];
    

  41.                         int_count3++;
    

  42.                 }
    

  43.         }
    

  44. }
检测到变化后改变定时器输出，从而使电机相线得到驱动，我在程序里做好了数组，把得到了位置通过数组给定时器CCER寄存器，这样电机就转起来了

这是霍尔输出与PWM输出波形的截图
这是定时器3对PWM的输出截图

这是电机和电路板




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 楼主| 感动 发表于 2019-9-20 16:51 | 显示全部楼层
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wenjunying 发表于 2019-10-16 09:07 | 显示全部楼层
我觉得写的很好啊，目前正在学习。谢楼主分享
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