中科芯代理商-深圳市中芯巨能電子有限公司為您介紹基于中科芯微控制器CKS32F103CB的無感FOC風機控制方案。該方案采用閉環(huán)Luenberger觀測器與PLL技術進行轉(zhuǎn)子角度估計，適用于表貼式（SPMSM）和內(nèi)置式（IPMSM）永磁同步電機，具有高能效、低噪聲、長壽命及平穩(wěn)運行的特點。

控制架構與算法實現(xiàn)

系統(tǒng)的核心在于速度外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)機制。其中，電流環(huán)執(zhí)行周期可達到最低35μs，確保高速響應能力。具體流程如下：

通過支持雙電阻或三電阻采樣的方式，利用CKS32F103CB內(nèi)部的雙路12位ADC完成精確電流測量。

運用Clarke與Park變換將三相電流轉(zhuǎn)換至d/q坐標系下處理，便于后續(xù)的PI調(diào)節(jié)。

經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后輸出電壓矢量，并通過空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）生成驅(qū)動信號。

最終，借助Luenberger觀測器結合PLL技術實時估算轉(zhuǎn)子的位置與速度，實現(xiàn)無感FOC控制。

為最大化發(fā)揮MCU性能，所有數(shù)據(jù)處理均采用了標幺化方法，避免了浮點運算，提高了計算效率。

硬件設計與主控特性

CKS32F103CB作為核心控制器，具備72MHz的工作頻率，能夠滿足實時控制需求。其主要特性包括：

高精度的雙路12位ADC，提供快速且準確的數(shù)據(jù)采集功能，支持同步采樣。

支持6路互補PWM輸出，配合死區(qū)時間設置，有效防止短路風險，適合于三相逆變電路。

提供多種保護措施，如過流保護、過壓/欠壓保護等，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

強大的抗靜電和抗干擾能力，使系統(tǒng)能在惡劣電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。

PCB設計注重功率與信號線路布局的優(yōu)化，減少寄生參數(shù)的影響，提高整體系統(tǒng)性能。

系統(tǒng)性能驗證

實驗結果展示了電機啟動時的相電流波形。從靜止狀態(tài)開環(huán)啟動到加速進入閉環(huán)控制的過程中，相電流波形平滑過渡，表明了觀測器對轉(zhuǎn)子位置的精準捕捉能力。而在順風啟動條件下，電機能夠迅速識別當前轉(zhuǎn)速并平穩(wěn)切換至閉環(huán)模式，顯示了系統(tǒng)優(yōu)秀的動態(tài)適應性。

這些測試證明了CKS32F103CB在PWM分辨率、ADC精度以及指令周期方面的卓越表現(xiàn)，足以應對FOC控制所需的高精度要求，實現(xiàn)了高效的電流和轉(zhuǎn)速控制。

應用優(yōu)勢與適用場景

此方案無需依賴霍爾效應傳感器或編碼器即可實現(xiàn)精確控制，降低了成本和機械故障的風險。同時，它還帶來了高效能、超靜音、強魯棒性的特點，非常適合通信電源、工業(yè)設備以及新能源汽車電子散熱等領域中需要高度可靠性的應用場景。此外，由于使用的是國產(chǎn)MCU，這不僅提升了性價比，也方便了大規(guī)模生產(chǎn)應用。

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