电机驱动电路设计

电机驱动电路软硬件设计：ST H743 无刷电机控制平台

前言

随着电机技术的发展，无刷电机因其高效率、低噪声、控制灵活等优点在工业控制、消费电子等领域得到了广泛应用。本篇文章将以意法半导体（STMicroelectronics）的 ST H743 MCU 为基础，介绍无刷电机驱动电路的软硬件设计，为读者提供一个完整的参考设计方案。

软硬件架构

ST H743 无刷电机驱动电路采用三相逆变拓扑结构，由以下主要模块组成：

• 主控芯片： ST H743 MCU，负责控制整个驱动系统，执行电机控制算法和 PWM 信号生成。
• 三相逆变： 由六个功率 MOS 管组成，根据 MCU 输出的 PWM 信号对电机绕组进行换相，实现无刷电机的旋转。
• 电流采样： 采用电流传感器对电机相电流进行采样，为 MCU 提供反馈信息。
• 编码器/霍尔传感器： 检测电机转速和位置，提供反馈信号以实现闭环控制。

软件设计

本驱动电路采用基于磁场定向控制（FOC）的控制算法，其核心思想是将电机相电流矢量分解为与磁场成正交的正交分量和与转矩成正交的轴向分量。通过控制正交分量和轴向分量，可以实现电机的精确控制。

软件设计主要包括以下步骤：

1. 初始化： 配置 MCU 外设、PWM 定时器和 ADC 等。
2. 传感器采集： 采集编码器或霍尔传感器的信号，确定电机转速和位置。
3. 电流采样： 采集电机相电流，并进行滤波和校准。
4. 坐标变换： 将三相电流矢量变换到正交坐标系下。
5. FOC 算法： 根据正交分量和轴向分量的参考值，计算 PWM 信号的占空比。
6. PWM 输出： 将计算出的 PWM 信号输出到三相逆变。

硬件设计

硬件设计的主要考虑因素包括：

• 功率器件： 选择合适的功率 MOS 管和驱动器，确保满足电机驱动需求。
• 电流采样： 设计电流采样电路，准确地测量电机相电流。
• 编码器/霍尔传感器接口： 设计与编码器或霍尔传感器相匹配的接口电路。
• PCB 布局： 合理规划 PCB 布局，减少寄生参数的影响。

实施和测试

设计完成后，需要对驱动电路进行调试和测试。测试主要包括以下步骤：

1. 功能测试： 验证驱动电路的基本功能，如电机正反转、调速等。
2. 性能测试： 测量电机的效率、转矩和转速，评估驱动电路的性能。
3. 可靠性测试： 在不同负载和环境条件下测试驱动电路的可靠性。

总结

通过采用先进的控制算法和精心设计的软硬件架构，ST H743 无刷电机驱动电路能够实现高效率、高精度、高可靠的电机控制，为各种工业和消费类应用提供理想的解决方案。