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中微-CMS32M5533-吸塵器方案

芯片公司:中微(Cmsemicon)

發布時間:2022-06-19

方案介紹


1. 概述

本方案采用極具性價比的 32 位 MCU 芯片 CMS32M5533 為主控, 為驅動算法運行、恒功率控制、PWM 調速提供保障。  具有低噪音、  低損耗、  運行平穩、  使用壽命長等技術優勢,  為廣大客戶提供高性價比的、 穩定可靠的方案選擇。  為客戶提供完整方案,  包括原理圖、  源程序以及應用說明。  并可提供定制服務,  更 有專業技術服務團隊提供技術支持。

1.1 MCU 簡介

CMS32M55xx 系列 MCU 是中微半導體基于 ARM-Cortex M0 推出的高端電機控制專用芯片。  主頻高達 48MHz,  工作電壓 2.1V 至 5.5V;  提供 32K Flash Memory,  8K SRAM;  多達 30 個 GPIO;  6 通道增強型 PWM 可輸出死區可控的互補型 PWM;  內置采樣率 100Ksps 的 12-bit 低速 ADC,  內置采樣率 1.2Msps 的 12-bit 高速 ADC;  內置 2 通道高性能運算放大器,  2 通道模擬比較器,  2 通道增益可調的可編程增益放大器;  32 位硬件除法器僅需 6 個系統時鐘;  通信接口方面提供 2 個 UART, 1 路 SPI, 1 路 I2C;  工業級標準設計,  可 工作在-40至-105;  集成 6N 驅動模式,  降低方案的外圍元器件和 BOM 成本;  提供 IEC60730 安規認證 庫,  協助客戶輕松通過 CLASS B 認證; 提供 SSOP24,  QFN40 及 LQFP48 多種封裝。

 

2. 方案特點

> 集成 12Bits 高速 ADC,  多路高性能模擬運放和可編程 PGA,  精簡外圍電路。

> 無感 FOC、  單電阻控制方式

自收斂直接閉環啟動算法,  適應不同負載啟動,  100%啟動成功。

> 順風啟動效果優良,  啟動快速平穩,  無失步,  運行平穩噪音低。

> 恒功率控制,  線性堵風口識別并保護。

> 轉速控制可高達 100000+RPM

> 標準三線接口:  Vsp  (或 PWM)  、  VCC、  GND

> 具備優異的 CE、  ESD 性能,  EFT>4200V 。

 

3. 方案說明

3.1 典型應用原理圖

 

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圖1 原理圖

 

3.2 典型應用 PCB 圖

圖片2.jpg 

圖2 PCB圖

 

3.3 主要單元電路說明

3.3.1 輔助電源電路  (5V 線性穩壓)

 

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圖3

 

5V 線性穩壓:輸入電壓經 U1(AMS1117-5.0)線性穩壓產生系統需要的 5V。

 

3.3.2 輸入母線電壓檢測:

 

圖片 4.jpg

圖4

輸入電壓由 R28 和 R29 電阻分壓,經 C18 濾波輸入單片機進行采樣來完成母線電壓檢測功能。

 

3.3.3 MCU 與預驅動

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圖5

CMS32M5533 是 ARM-Cortex M0 內核,  同時內置 90V 三相半橋驅動模塊芯片。MCU負責整個系統的信號采集,  數據處理,  驅動輸出,  邏輯功能控制。

 

3.3.4 反電動勢采樣

 

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圖6

本方案兼容方波BLDC和FOC單電阻控制,  無刷無感直流電機通過反電動勢來判斷轉子位置,  使用MCU的內置比較器來偵測過零點之前,必須先對相電壓做分壓,再經過低通濾波以獲得低于5V的直流電壓。  而判斷過零點的閾值,  則設置為該直流電壓幅值的1/2。  隨著電機轉速與負載的不同,  該直流電壓的幅值是會改變的。因此,過零點的閾值也隨之在調整,這可由MCU實時采樣并計算而得。

 

3.3.5 調速控制

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圖7

MCU接受到VSPM調速信號,  控制電機轉速。

 

3.3.6 溫度保護

 

圖片 8.jpg

圖8

溫度保護:  RT1為負溫度系數熱敏電阻,  R27與RT1構成分壓電路,  Layout時RT1靠近功 率MOSFET放置。通過檢測功率MOSFET溫度變化引起的R27與RT1構成的分壓電路輸出的電 壓變化來完成過溫保護信號采樣。

 

3.3.7 功率回路

 

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圖9

6顆功率MOSFET按CMS32M5533給出的信號輪流導通驅動電機旋轉,  根據不同的MOSFET選擇合適的Rg電阻。并考慮在極限工況下的耐電壓耐電流參數,且留有一定的余量。

 

3.3.8 電流采樣

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圖10

采用 0.005R 采樣電阻取得母線電流對應的電壓信號,通過單片機內置運算放大器放大 (放大倍數為 10 倍)。為了能得到準確的電流信息,增加偏置電路。偏置電壓由 R21、R22、R19 分壓后通過 CMS32M5533 內部運算放大器產生。

 

4. PCB Layout 注意事項

4.1 布局注意事項

   整體布局遵循功率回路與小信號控制回路分開布局原則,功率部份在滿足銅箔載流量與溫度敏感器件距離的前提下,按最小環路面積布局。

   芯片的放置方向優先考慮驅動出線,電流采樣以及反電動勢采樣等關鍵信號。

   單元電路地回路按輸出回輸入原則走線

    Rsense 電阻盡量靠近輸入 Bulk Capacitor 布局

   濾波電容抵近端口放置

    電阻分壓采樣下偏阻容盡量抵近檢測端口放置  (特別是反電動勢采樣與電流采樣相關)

   驅動 Rg 電阻抵近 MOSFET 放置

    NTC 溫度傳感器貼近熱源放置

 

4.2 關鍵信號走線

   運放電流采樣按差分走線,從 Rsense 焊盤中間出線,走線遠離干擾源。

   運放基準地應與 MCU 為同一參考地,反電動勢采樣地與 MCU 為同一參考地。

   敏感弱電信號線與強電或高頻信號線保持一定距離,例如: U, V,  W,相線禁止從芯片底部走線。

   輔助電源從輸入 Bulk Capacitor 出線。


更多資料請下載附件

更多資料.png


應用范圍

吸塵器、高端電機控制等

系統方塊圖

0-CMS32M5533Q40_120W 3線吸塵器_V2.0_220127.jpg


核心器件

圖片 數據手冊 商品名稱 產品型號 產品描述 品牌 單機用量 價格 操作
32位MCU微控制器 CMS32M5533 CMS32M55xx系列MCU是中微電機控制產品線主力產品,被廣泛應用于電動工具、園林工具、落地扇、吊扇、吸塵器、油煙機等典型電動控制領域。 Cmsemicon 1
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