6路PWM无刷直流电机 - BLDCDriver6PWM

该类提供了一个大多数常见的6路PWM 无刷直流驱动器的抽象层。基本上所有用6路PWM 信号运行的无刷直流驱动器都可以用这个类。 比如：

• DRV830x ( 可以在 3pwm 或者 6pwm 模式下运行 )
• ST B-G431B
• X-NUCLEO-IHM08M1
• Odrive 3.6
• 等等

在BLDC电机控制上，6路PWM 控制模式比3路PWM更自由，因为6个半桥式晶体管的每一个都可以单独控制。

步骤1. 硬件设置

要创建接口到无刷直流驱动器，需要为电机的每个相分别指定两个PWM引脚

//  BLDCDriver6PWM( int phA_h, int phA_l, int phB_h, int phB_l, int phC_h, int phC_l, int en)
//  - phA_h, phA_l - A相pwm引脚 高/低副 
//  - phB_h, phB_l - B相pwm引脚 高/低副 
//  - phB_h, phC_l - C相pwm引脚 高/低副
//  - enable pin    - （可选输入）
BLDCDriver6PWM motor = BLDCDriver6PWM(5,6, 9,10, 3,11, 8);

⚠️ 需要根据硬件进行 PWM 配置，为了使其正常运行，请务必遵守某些准则！

Arduino UNO 支持

Arduino UNO 和所有基于 atmega328 的电路板只有6个PWM引脚。所以为了使用 BLDCDrievr6PWM ，就要用上所有PWM引脚，分别是 3,5,6,9,10 and 11 。此外，为了算法运行正常，要求每个相的高/低侧一对PWM引脚用同一个定时器，因此，Atmega328中每对PWM引脚的定时器分配如下：

即 phA_h 和 phA_l 用的是同一个计时器， phB_h 和 phB_l 用的是第二个计时器， phC_h 和 phC_l 用的是最后一个计时器。如果选择相 A 用计时器 TIM0 ，可以把 phA_h 设置为引脚 5 或者引脚 6 。

stm32 支持

Stm32 板子有2种 6pwm 模式：

• 硬件 6pwm 模式
• 软件 6pwm 模式

硬件 6pwm 模式

在硬件 6pwm 模式下，只需一个定时器，通常是Timer 1 用于所有的6pwm通道。Stm32 板至少有一个定时器，该定时器具有自动互补通道，避免了复杂的通道反相配置的需要。如果你在 BLDCDriver6PWM 类的构造器中配置的是支持硬件PWM的引脚， SimpleFOClibrary 会自动启用该控制模式。 例如， stm32 Bluepill 和 stm32 Nucleo 板子都有引脚支持的接口：

T1Cx 是 Timer 1 通道， T1CxN 是它们的互补通道（反向通道）。每对 T1Cx 和 T1CxN 用于一对高/低侧PWM引脚。 如果你在 BLDCDriver6PWM 类的转换器中配置上面的引脚，SimpleFOClibrary 会自动配置必要的计时器和寄存器。例如：

//  BLDCDriver6PWM( int phA_h, int phA_l, int phB_h, int phB_l, int phC_h, int phC_l, int en)
BLDCDriver6PWM motor = BLDCDriver6PWM(PA8, PB13, PA9, PB14, PA10, PB15);

软件 6pwm 模式

如果板子不能使用硬件 6pwm 模式，SimpleFOClibrary 可以使用任何两个通道的任何定时器作为高/低侧PWM对。基本上，SimpleFOClibrary 会在提供的低侧引脚上的互补通道中自动配置。这段代码正常工作的唯一要求与Arudino UNO完全相同，每个相位高/低PWM 对需要属于同一个定时器。例如，以 stm32 Nucleo F401RE 板为例，可以：

//  BLDCDriver6PWM( int phA_h, int phA_l, int phB_h, int phB_l, int phC_h, int phC_l, int en)
BLDCDriver6PWM motor = BLDCDriver6PWM(7, 2, 6, 3, 5, 4);

其中

在 Bluepill 上我们可以：

//  BLDCDriver6PWM( int phA_h, int phA_l, int phB_h, int phB_l, int phC_h, int phC_l, int en)
BLDCDriver6PWM motor = BLDCDriver6PWM(PA8, PA9, PB6, PB7, PB8, PB9);

其中

esp32 支持

Esp32 的MCPWM 支持用于此类应用。每个 ep32 板有两个 MCPWM 通道能支持两个 6PWM 驱动器。esp32 对引脚没有特殊要求，每个引脚可用于 PWM 模式。但是请确保不要在开机会用的预定义状态引脚，因为这可能导致故障。你可以很容易地在网上找到这些信息，更多的细节在这个 YouTube 视频 里。

低侧电流传感注意事项

由于ADC转换必须与所有相位产生的PWM同步，因此很重要的一点是所有相位产生的PWM必须对齐。由于微控制器通常在其引脚上有多个定时器用于产生PWM，不同的微控制器架构在不同定时器产生的PWM之间有不同程度的对齐。

经验法则：PWM 计时器引脚

为了最大限度地提高低侧电流传感的效果，建议驱动器选择的PWM引脚都属于同一个定时器。 需要花时间在 MCU 数据表中，找出哪些引脚属于不同的定时器😄 您也可以随时向社区寻求帮助 - community link!

步骤 2.1 PWM 配置

// PWM 频率 [Hz]
// atmega328 的频率固定为 32kHz
// esp32/stm32/teensy 配置
driver.pwm_frequency = 20000;

⚠️ 基于 ATMega328 芯片的 Arduino 设备的 pwm 频率固定为 32kHz。

下面是 Arduino SimpleFOClibrary 中使用不同微控制器及其PWM频率和分辨率的列表。

这些设置都在 library 库的源文件的 drivers/hardware_specific/x_mcu.cpp/h 中定义。

低侧电流传感注意事项

由于ADC转换需要一些时间来完成，而且这种转换只能在特定的时间窗内发生(所有相位接地-低边mosfet是ON)，因此使用适当的PWM频率是很重要的。PWM频率将决定PWM的每个周期有多长，以及低侧开关处于ON状态的时间。PWM频率越高，ADC读取电流值的时间就越短。

另一方面，具有更高的 PWM 频率会产生更平滑的操作，所以这里肯定有一个权衡。

经验法则：PWM频率

经验法则是保持在 20kHz 左右。 driver.pwm_frequency = 20000;

步骤2.2 死区（死区时间）

// daad_zone [0,1] - 默认为0.02，即2%
driver.dead_zone = 0.05;

死区参数定义为在改变有源场效应晶体管之间保留的占空比。即在每次高/低侧PWM关断后，低/高侧PWM打开前，将插入 dead_zone 的1/2。此参数相当于死区时间，死区时间可计算为：

dead_time = 1/pwm_frequency*dead_zone

步骤2.2 电压

` Driver 类可以设置输出引脚的PWM占空比，而这需要知道输入的电源电压值。此外，通过 Driver` 类可以设置驱动器输出引脚的限压 。

// 电源电压 [V]
driver.voltage_power_supply = 12;
// 允许最大直流电压 - 默认为电源电压
driver.voltage_limit = 12;

BLDCMotor 类也会使用限压参数。 如上图所示当设置了限压 driver.voltage_limit 时，它会送入BLDCMotor 类的FOC算法中，输出的相位电压大约是 driver.voltage_limit/2。

因此，这个参数对防止电机的电流过来说非常重要。在这种情况下，该参数可以视作一种安全特性。

步骤 2.3 初始化

当必要的配置参数都设置好了，则调用驱动器函数 init() 。该函数根据所设置的参数配置驱动器代码初始化所需的所有硬件和软件。

// 驱动器初始化
driver.init();

步骤3. 实时使用BLDCDriver6PWM

无刷电机的 Driver 类是和 SimpleFOClibrary 一起开发的，也为 FOC 算法中实现的 BLDCMotor 类提供抽象层。当然 BLDCDriver6PWM 类可以作为一个独立的类使用，并且可以选择作为一个BLDC驱动器实现任何其他类型的控制算法。

FOC 算法支持

在 FOC 控制下，驱动器的使用是由运动控制算法内部完成的，只需将驱动器连接到 BLDCMotor 类。

// 连接驱动器和电机
motor.linkDriver(&driver)

独立的驱动器

如果使用 bldc 驱动器作为一个独立的设备，实现操作是很容易的。下面是一个非常简单的应用程序的实例代码。

// 无刷直流电机驱动器独立实例
#include <SimpleFOC.h>

// 无刷直流电机驱动器实例
BLDCDriver6PWM driver = BLDCDriver6PWM(5, 6, 9,10, 3, 11, 8);

void setup() {
  
  // PWM 频率 [Hz]
  driver.pwm_frequency = 20000;
  // 电源电压 [V]
  driver.voltage_power_supply = 12;
  // 允许最大直流电压 - 默认为电源电压
  driver.voltage_limit = 12;
  // daad_zone [0,1] - 默认为0.02，即2%
  driver.dead_zone = 0.05;

  // 初始化驱动器
  driver.init();

  // 启用驱动器
  driver.enable();

  _delay(1000);
}

void loop() {
    // 设置 PWM
    // A相：3V，B相：6V，C相：5V
    driver.setPwm(3,6,5);
}