AT32系列微控制器低压电机控制开发板

参考：《UM0014_AT32_LV_Motor_Control_EVB_V20_User_Manual_V1.0.1_ZH.pdf》

开发板介绍

此电机开发板是一个泛用型的低压三相电机驱动器，应用雅特力科技AT32系列微控制器搭配雅特力电机函数库，可驱动直流无刷电机、交流同步电机，以及异步电机。
提供霍尔信号接口、增量编码器接口可回馈转子位置，进行有位置传感器的电机向量控制驱动或
六步方波驱动
具备剎车电阻接口，可应用于高动态响应控制时的动态剎车功能
具备三相输出端电压检测连接至ADC，以及虚拟中性点电路和比较器电路，可实现多种直流无
刷电机(BLDC)六步方波无位置传感器驱动应用
具备3个相电流检测电阻与1个直流地端母线电流检测电阻，可应用三电阻、两电阻电流检测，
以及单电阻电流检测等三种电流检测方式
内建相电流与母线电流的过电流比较电路
可执行有位置传感器与无位置传感器等磁场导向(field-oriented)向量控制法则(vector control
algorithm) 驱动三相交流电机
输入电压： 12V~60V。最大输出相电流： 30APEAK。过电流保护点： 45APEAK

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开发板连接器与跳线位置图

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设备需求

雅特力AT-Link烧录器或其它第三方烧录器
一条USB转TLL线(使用第三方烧录器时需要)连接开发板UART界面与个人计算机，以进行通讯
雅特力AT32电机控制展示项目程序
ArteryMotorMonitor上位机控制软件
一台三相交流电机
一台直流电源

使用步骤

检查跳线位置是否设定正确。 (参看4.3 跳线设定)
连接AT-Link烧录器到MCU小板CN2，或连接JTAG烧录器到主板CN2
使用第三方烧录器时，连接USB转TLL线到MCU小板CN2的UART接脚与个人计算机
连接电机三相接线到CN4， UVW三相分别接到OUT1, OUT2和OUT3
使用位置传感器时，将霍尔传感器接线连接到主板J3，或将增量编码器接线连接到主板J4
使用六步方波以比较器侦测零交越点之无感控制时，须将JP8、 JP10、 JP12短路，将比较信号
连接至MCU的霍尔检测功能接脚
使用六步方波以ADC侦测零交越点之无感控制时，若直流母线电压超过34V时，须将JP7、
JP9、 JP11短路，将低电机端电压感测电路的输出电压，避免超过3.3V
烧录雅特力AT32电机控制展示程序
调整直流电源电压/电流设定，并将输出连接到CN1后启动电源， LED1 (12V电源指示灯)与LED2
(3.3V电源指示灯)将亮起
操作雅特力电机监控(ArteryMotorMonitor)软件，设定参数并控制电机运转

开发板系统架构图

下图为低压电机控制开发板的系统架构图，其中AT32 MCU 插槽可搭配转接板，使用不同的AT32系
列微控制器。由MCU的PWM发生器控制三相全桥电力电路以及剎车电路。电力电路输出端设计有分
压电路，可回馈输出端电压，并提供与虚拟中性点比较的电路，可回馈直流无刷电机未激磁相的反电
势零交越点。开发板并设有霍尔信号接口与编码器接口，可回馈转子位置。在通讯接口部分，具有
UART界面、 I2C界面以及SPI接口。以及提供一个电位器模拟输入接口，可改变电位器电阻分压，输
出电压命令由ADC读取。此外，有两个指拨开关以及一个按钮开关，可提供程序做控制模式设定，
并提供5个LED指示灯，其中包含一个错误指示灯。
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编码器电路

电路图如下图所示，若编码器为开漏模式，则可短接JP3将输入接脚连接1k的上拉电阻。输入信号
经10R电阻与470pF电容所构成的RC低通滤波器后连接至MCU。若所使用的MCU无电路所对应的外
设接脚，可利用JP4 ~ JP6三个跳线连接至霍尔检测电路输出端，以使用另一组MCU定时器外设。
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霍尔传感器电路

电路图如下图所示，一般霍尔传感器为开漏模式，故JP2跳线预设为短接，将输入接脚连接1k的上
拉电阻。输入信号经2k电阻与100pF电容所构成的RC低通滤波器后连接至MCU。
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相电流检测电路

电路图如下图所示，相电流经一个2mR电流检测电阻，再经放大电路放大16.5倍并将输出直流位准
提升至1.65V，因此最大电流检测范围为±50A。
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直流母线电流检测电路

电路图如下图所示，母线电流经一个5mR电流检测电阻，再经放大电路放大9.85倍并将输出直流位
准提升至0.833V，因此放大电路输出信号(IBUS_FDBK)的最大电流检测范围为-16.9A至
50.1A。再将该输出信号经1.5k电阻与100nF电容所构成的RC低通滤波器滤波后，可得到直流
母线平均电流信号(IDC_FDBK)。
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三相过电流检测电路

三相过电流检测电路由3个比较器电路组成，如下图为其中一相保护电路，三相过电流保护电路包含
一个过电流参考位准分压电路。保护电路将经放大器后的三相电流回馈信号与过电流参考电压比较，
若回馈信号高于参考电压则比较器输出低电位，并连接至MCU的定时器BKIN接脚以停止PWM输出。
依图中分压位准计算，相电流的过电流保护点为45A_PEAK
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母线过电流检测电路

母线过电流检测电路由一个比较器电路组成，如下图为其保护电路，其中包含一个过电流参考位准分
压电路。保护电路将经放大器后的母线电流回馈信号与过电流参考电压比较，若回馈信号高于参考电
压则比较器输出低电位，并连接至MCU的定时器BKIN接脚以停止PWM输出。依图中分压位准计算，
相电流的过电流保护点为45A_PEAK。
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母线电压检测电路

母线电压检测电路由下图之分压电路构成，电路最大可侦测电压值为64V，根据母线电压回馈值可进
行过电压与欠电压保护功能，若搭配三相脉波宽度调变量占空比计算，可推估驱动器输出电压值，用
于无传感器控制时的反电势估算。
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三相输出端电压检测电路

三相端电压检测电路以OUT1输出电压检测为例如图11所示，其中分压后的滤波电容可视实际控制需
求变更或移除。电路将输出端电压经R96与R101分压，若直流母线电压超过34V时，须将JP9跳线短
路，使R99与R101并联，降低分压电压以避免分压后的电压超过3.3V。电路中Q8为内部包含一个P型
MOSFET与一个N型MOSFET的芯片，组成一个推挽输出电路，一般情况控制信号STATUS_LED2为
高电位3.3V， VOLT_SEL信号为低电位接地。因此R99与R101电阻接地，构成一般的分压电路，再经低通RC滤波电路连接至MCU小板经1电阻与1nF电容构成的低通滤波电路后，连接到MCU的ADC输入接脚，可量测以弦波驱动时的电机端电压，再整合电机电流信息，推估电机三相反电势。而于六步方波驱动无感控制时，可用以侦测开路相的反电势零交越点，根据PWM切换状态于PWM OFF或PWM ON期间侦测零交越点。于PWM OFF期间侦测零交越点时，由于ADC无法感测负电压故很难准确地感测零交越点，因此雅特力提出一个专利技术，于R96电阻旁并联一个D25二极管，若控制STATUS_LED2信号为低电位接地，则VOLT_SEL信号成为高电位3.3V，它将使D25二极管导通而旁路R96电阻，让BEMF1输出电压变成OUT1端电压加上D25二极管导通压降。由于OUT1端电压不经分压电路衰减，且提高了基准电位，因此可以更准确地感测到PWM OFF期间的反电势零交越点。
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除了以ADC方式侦测开路相零交越点外，开发板亦提供虚拟中性点比较电路如下图，将三相分压后
的电压信号分别经三个100k电阻连接在一起，获得虚拟中性点信号，再将三相端电压分别经比较器
与虚拟中性点信号比较，根据比较器输出位准即可判断反电势零交越点。下图中将跳线连接即可将比
较器信号连接至MCU的霍尔检测功能接脚。
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三相全桥换流器电路

三相全桥换流器电路由一个整合型三相全桥闸极驱动芯片、 6颗100V/78A/8m采DFN56-8包装
MOSFET，以及相关电路构成。下图为V相半桥功率转换电路，其中OUT2连接到CN5连接器之V相
输出，连接电机V相线路。 Q5 MOSFET源极输出V_SHUNT2会经电流检测电阻，以回馈V相电流。
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剎车电路

剎车电路如下图所示。由CN3连接外部剎车电阻，驱动信号经U5闸极驱动器驱动Q2的MOSFET，将
剎车电阻跨接于直流母线上消耗电机回生的能量。须注意剎车电阻的阻值选用必须使最大电流小于
40A，例如母线电压为60V，则剎车电阻值不能小于1.5R。
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温度感测电路

开发板上有一个温度感测电路如下图，使用一个在25C下10k的NTC电阻，紧靠于Q4 MOSFET旁
边，用于感测MOSFET温度。当温度升高时NTC电阻的阻值降低，使得分压电路的电压提高，经RC
低通滤波电路后连接至MCU ADC的通道9(PB1)接脚，以进行功率电路过温保护。
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