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基于PY32F003的无刷电扳手无感方波控制方案
基于PY32F003的无刷电扳手无感方波控制方案
2024.05.10

简介:

    无刷电动扳手是一种使用无刷直流电机作为动力源的工具,主要用于拧紧和松开各种螺栓和螺母。相比传统的手动扳手或有刷电动扳手,无刷电动扳手具有更高的效率、更大的扭矩输出和更长的使用寿命。

无刷直流电机是无刷电动扳手的核心部件,它采用了先进的电子控制技术,通过电子调节器控制电流和电压,实现电机的无级调速和稳定输出。无刷电动扳手的电机转子由多对永磁体组成,与固定子之间没有直接的物理接触,因此摩擦损耗较小,功耗更低,寿命更长。

无刷电动扳手通常采用锂电池供电,具有便携性和灵活性。它们通常具有可调节的扭矩输出,并且可以在不同的工作环境下使用,如工地、车间、修理店等。有些无刷电动扳手还配备了数字显示屏,可以实时显示扭矩值和工作状态,方便操作人员掌握工具的使用情况。

无刷电动扳手广泛应用于汽车维修、机械制造、建筑工程等领域。它们可以大大提高工作效率,减轻操作人员的劳动强度,同时确保螺栓和螺母的安全紧固。

总之,无刷电动扳手是一种先进的电动工具,具有高效、耐用、便携等特点,是现代工业生产和维修领域不可或缺的工具之一。


图片1.png


无刷直流电机具有噪音小、大扭矩、高转速、高效率(运行平稳,可靠性高,稳定性好)等优点而得到广泛应用。而其中无感控制方式所需资源对MCU提出了一定的要求。普冉PY32F003具有高主频优势,24MHz的主频使其在处理调速,加速灯问题上得到快速响应,电频率可达到700Hz。DMA 方式下ADC采集速度极快使其在采集无感反电势过程中非常具有优势,有效避免失步等情况。内置比较器可以提供快速过流保护功能,保护电路使用寿命更长。而超宽工作电压及较强的抗干扰能力给到用户更稳定的体验。配合电池专用电路支持短路过压过流保护,使电池管理方面更加高效和安全。

本方案可提供完整原理图及代码代码可供参考,模块化风格,使用简单,支持快速修改,协助用户缩短产品开发周期。


PY32F003电扳手方案框图:

图片5.png


PY32F003系列MCU:

- Arm® Cortex®-M0+ 内核,主频高达32MHz;

- 高达64KB Flash,8KB SRAM;

- 包含 1 路 12 位的 ADC,采样速度高达 1Msps;

- 4 个通用定时器、1 个针对电机控制的 PWM 高级定时器、1个低功耗定时器;

- 1 个 I2C 接口、2 个 SPI 接口、2个 UART 接口;

- 内置2 个比较器;

- 工作电压为 1.7V - 5.5V;

- 工作温度范围(环境温度)-40℃ - 85℃;

- 多种省电工作模式支持低功耗应用的需求;

- 提供 TSSOP20封装;


适用范围:

控制对象

三相BLDC电机

控制方式

无感方波六步换相

过零点检测

电机端电压ADC采样@PWM_ON

H桥控制方式

上管PWM+下管常开

PWM频率

10kHz

电机电频率范围

0~700Hz(机械转速=电频率*60/极对数)

供电方式

DC 15-22V

电流采样方式

直流母线电阻采样+外置运放

初始位置检测

脉冲注入自学习转子初始位置

启动方式

重载启动

保护功能

过压、欠压、软件过流、堵转、缺相

开发软件

Keil C

 

技术参数:

主要功能/参数

序号

功能

参数

备注

1

正反转功能

电机正反转

主开关提供换向信号,控制板控制电机正反转

2

刹车功能

刹车时间 < 1s

1、 电子刹车
2、 开关完全松开后 1s 内刹车

3

调速功能

调速范围:0~100%
全速速度:19000RPM±10%

主开关提供 VR 调速信号,控制板进行 PWM 调速

4

工作照明

正常工作过程中照明灯常亮

照明功能

延时照明

正常工作关机将开关完全松开后,LED 保持常亮,延
10s 后熄灭

电量显示

低电量灯闪烁:电压<16.8V(闪烁频率300ms不间断)
低电量灯常亮:16.8V<电压<17.8V
中电量灯常亮:  17.8V<电压<18.8V
高电量灯常亮:电压>18.8V

5

电池过放保护

≤ 15±0.3V

在电池电压低于 15V±0.3V 时,延时 500±100ms      后机器停机保护

6

MOS 管过温保护

≥ 105±3℃

MOS 管温度高于 100±3℃时,延时 500±100ms 后机器停机保护

7

过流保护

40A

停机保护

8

限流

35A

9

短路保护

≥60A/30±10ms

当负载电流大于 60A 时,停机保护

10

相间短路

具有电机相线短路保护功能


方案展示:

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