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适用于无人机ESC的无传感器高速 FOC的方案

芯片公司:德州仪器(TI)

发布时间:2018-07-30

方案介绍

ESC 模块是非军用无人机中非常重要的子系统,用户需要更高效的机型,以实现更长的飞行时间、更好的动态行为和更加平顺、稳定的性能。这一设计采用了普遍用于无人飞行器 (UAV) 或无人机的电子调速器 (ESC)。

速度控制通过无传感器的方式完成,使用 FOC 速度控制对电机进行了测试,高达 1.2kHz 电气频率(12kRPM,6 极对电机)。我们的无人机 ESC 高速无传感器 FOC 参考设计拥有一流的 FOC 算法实施,可实现更长的飞行时间、更佳的动态性能,且具有更高的集成度,因此电路板尺寸更小,BOM 组件更少。无传感器高速 FOC 控制使用 TI 的 FAST™ 软件观测器,利用了 InstaSPIN-Motion™ C2000™ LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。

应用范围

无人机和 UAV 

高速电机 

电池供电的电动工具

特色

InstaSPIN-FOC™ 无传感器 FOC 可实现最高的动态性能;

使用三节锂聚合物电池在高达 12,000 RPM 转速下进行了测试;

高动态性能:在不到 0.2s 的时间内将转速从 1kRPM 提高到 10kRPM(电气频率 100Hz 至 1kHz),从而实现高性能偏转和俯仰动作;

适于完成翻转动作的快速翻转能力;

通过阻塞换向提高 FOC 效率,因此可实现更长的飞行时间 ;

更高的 PWM 开关频率(经测试高达 60kHz),可 针对低电感高速电机降低电流/扭矩纹波,并且可以 避免干扰超声波传感器;

灵活的功率级支持两节到六节锂聚合物电池;

由于 InstaSPIN-FOC 的自动电机参数识别:自动调 优无传感器 FOC 解决方案,因此可缩短产品上市时间;

根据绕组电阻变化进行电机温度估算,从而保护电机在临时过载情况下免受损坏。


系统方块图

ECS模块方块图.png

ESC模块方块图

无人机系统方块图.png

无人机系统方块图

核心器件

图片 数据手册 商品名称 产品型号 产品描述 品牌 单机用量 价格 操作
晶体管 CSD18540Q5B MOSFET N-CH 60V 100A 8VSON TI 1 11.4343

1+ 23.6562

10+ 22.0829

100+ 17.7428

500+ 13.7999

1000+ 11.4343

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栅极驱动器 DRV83053PHPR IC GATE DRIVER 3PHASE 48HTQFP TI 1 27.7880

1+ 42.8874

10+ 39.8389

100+ 32.6424

500+ 27.7880

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电源管理芯片(PMIC) LMR16006YDDCT IC REG BUCK ADJ 0.6A 6SOT TI 1 17.7102

500+ 18.1493

750+ 17.7102

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微控制器 TMS320F28068MPNT C28x C2000™ C28x Piccolo™ Microcontroller IC 32-Bit 90MHz 256KB (128K x 16) FLASH 80-LQFP (12x12) TI 1 110.3792

119+ 110.3792

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微控制器 TMS320F28069MPNT IC MCU 32BIT 256KB FLASH 80LQFP TI 1 110.8145

1+ 160.4987

10+ 147.5005

100+ 124.5707

500+ 110.8145

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PCB

下图分别显示了LaunchPad和BoosterPack PCB的顶部和底部图片。

企业微信截图_20180801134329.png

完整系统电路板图片(顶视图)

企业微信截图_20180801134329.png

LaunchPad电路板图片(顶视图)


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