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合泰-BD66FM5250-五节锂电池BLDC冲击扳手应用方案

芯片公司:合泰(HOLTEK)

发布时间:2022-06-14

方案介绍

概述

相较于传统直流有刷电机的电刷因长期磨损的关系需要一直保养维护,直流无刷电机不使 用基于电刷的机械式换相,而是采用电子式换相,配置适当的驱动器来控制电机换相,可以 提高效率且相对安静与省电,在现代许多家电、工业应用中都可以看到直流无刷电机。

BD66FM5250 是一款 8 位高性能精简指令集 Flash 单片机,它高度集成多种特性,专门为无刷直流电机应用而设计。


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图1 实物图



在存储器特性方面,Flash 存储器可多次编程的特性给用户提供了较大的方便。 除了 Flash 程序存储器,还包括 RAM 数据存储器和用于存储序列数据、校准数 据等非易失性数据的 True EEPROM 存储器。此外通过使用 IAP 功能,便于用 户直接将测量的数据存储至程序存储器中或进行应用程序更新。

此单片机具有性能良好、功耗低、I/O 使用灵活的特性,外加集成有定时器模 块、内部振荡器、多通道 A/D 转换器、D/A 转换器、运算放大器、脉宽调制功 能、16 位捕捉定时器模块、比较器、电机保护模块、霍尔传感器位置检测功能、 UART 接口功能、16 位 MDU、时基、低电压复位、低电压检测、暂停和唤醒 功能。虽是一款专为无刷直流电机应用而设计的单片机,但其强大的功能使得 它可以广泛应用于 A/D 产品中,例如传感器信号处理、电机驱动、工业控制、 消费类产品和子系统控制等。

合泰与华秋联合推出基于BD66FM5250定制的五节锂电池 BLDC 冲击扳手应用方案,可应用于脚手架冲击扳手等领域。

 

应用特性

操作控制:VR无级调速、正反转控制

档位显示、档位切换、断电档位记忆

反转自停功能,断电功能记忆

延时断电功能,关机后零消耗

提供电压保护、过电流、过温及堵转保护功能

 

工作原理

电机控制工作原理简介(以 BD66FM5250 为例),分为转向与转速控制两个部分。

 

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图2 工作原理

 


转向控制

图1左侧为电机控制向前转概念图、右侧为 MOSFET 开关(Mask 功能)方框图,为了使得电 机运转,我们必须让电机内的转子动起来,而转子就是所谓的磁铁,我们通过控制 MOSFET 开关电路来使得电流流过特定方向的定子绕组(U、V、W 其中两个)并产生磁场来吸引转子 (磁铁),接着通过换相时序来改变开关电路使得电流流过另一个不同方向的定子绕组,并继 续吸引转子,而这个吸引转子的过程就是让驱动电机的简易工作原理,且改变换相时序的 组合,即可达到正反转的转向控制,在 BD66FM52xx 系列中,我们只需要控制电流的方向即可让电机运转起来。

 

转速控制

而无刷直流电机有一个特点,那就是可以自由调变电机的转速,对于 User 来说非常方便。 其原理为电机的转速与磁场大小成正比,而该磁场是由流过定子绕组的电流所产生的,电流越强,磁场越大,电机转速也会越快。流过定子绕组的电流大小由外部驱动 MOSFET 开关发出 PWM 信号(高电平为导通,低电平为打开)所决定的,当开关导通时,会有电流流过定子绕组;当开关打开时,则不会有电流。高电平与低电平两者的比例称为 Duty(占空比), 当 Duty=100%(都为高电平)时代表一个周期内,开关都导通,此时电流最大;当 Duty=0%(都 为低电平)时代表一个周期内,开关都打开,此时电流为 0,故我们可以通过调变 PWM 的 Duty 占空比来进而调整电流的大小,达到控制电机的转速的目的。

 

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图3 方框图


特性

CPU 特性

工作电压

fSYS=32kHz~20MHz:4.5V~5.5V

● VDD=5V,系统时钟为 20MHz 时,指令周期为 0.2μs

提供暂停和唤醒功能,以降低功耗

振荡器类型

内部高速 20MHz RC – HIRC

内部低速 32kHz RC – LIRC

内部集成振荡器,无需外接元件
● 多种工作模式:快速、低速、空闲和休眠

所有指令可在 1~3 个指令周期完成
● 查表指令
● 115 条指令
● 8 层堆栈
● 位操作指令

 

周边特性

● Flash 程序存储器:8K×16
● RAM 数据存储器:2048×8
● True EEPROM 存储器:512×8
● 在线应用编程功能 – IAP
● 看门狗定时器功能
● 30个双向I/O口
● 4 个与 I/O 口共用的外部中断输入 – H1、H2、H3 和 INT0
● 多个定时器模块用于时间测量、比较匹配输出、PWM 输出及单脉冲输出

● 1 个 16-bit CAPTM 用于电机保护
● 1 个 10-bit PWM 具有 3 组输出,支持边沿 / 中心对齐模式
● 10+1 通道 12-bit 分辨率的 A/D 转换器
● 过流检测 – 运算放大器、比较器 0 和 8-bit D/A 转换器
● 多达 4 个比较器功能
● 1 个全双工或半双工异步通信接口 – UART
● 内建乘除法单元 – MDU
● 单个时基功能,用于产生固定时间的中断信号
● 低电压复位功能
● 低电压检测功能
● 封装类型:32-pin QFN,24/28-pin SSOP

 

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应用范围

冲击扳手、电动风扇等

系统方块图

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