基于HBM32G003TS20的電機控制方案

--應(yīng)用于無感無刷筋膜槍

近段時間，在健身領(lǐng)域和上班族中，筋膜槍受到健身愛好者和通勤人員的青睞與追捧。作為家用健康類的大眾產(chǎn)品，筋膜槍已從針對運動愛好者的專業(yè)運動設(shè)備逐漸擴展到適合全民的隨手按摩儀。價格更低、使用更便捷、性能更高的產(chǎn)品正在火熱崛起。

  在國外MCU芯片持續(xù)缺貨的背景下，筋膜槍方案商將目光轉(zhuǎn)向了國內(nèi)MCU廠家，鴻博微電子技術(shù)有限公司推出的自主研發(fā)的HBM32G003TS20芯片可輕松實現(xiàn)國產(chǎn)替代方案，該款MCU芯片具有9通道的12位高精度SARADC，最高采樣速率達到2.4Mhz；具有三種低功耗模式：standby、sleep、stop；最低功耗電流僅有0.6uA。該芯片既可以滿足性能需求，同時高集成度也減少了外圍電路器件數(shù)量，具備明顯的成本優(yōu)勢，可提供良好的技術(shù)支持服務(wù)，性價比極高。

筋膜槍，也可稱為按摩槍，通過電機運轉(zhuǎn)帶動一系列的結(jié)構(gòu)裝置產(chǎn)生高頻擊打運動，就像小拳反復(fù)捶打。筋膜槍通過高頻次震動來放松緊張的肌肉和筋膜，刺激軟組織促進血液流動，將營養(yǎng)物質(zhì)輸送到肌肉中促進肌肉恢復(fù)，抑制乳酸堆積和緩解疲勞。

方案特點

該系統(tǒng)以HBM32G003TS20為控制核心，32位ARM Cortex M0為處理內(nèi)核，該芯片最高工作頻率48Mhz、16路IO、1個帶9通道的12位SARADC、2個高級定時器且?guī)в休斎氩东@功能、3路獨立基本PWM發(fā)生器和3路獨立高級PWM發(fā)生器，支持死區(qū)和互補功能。運用內(nèi)部ADC檢測反電動勢過零點實現(xiàn)換相的方波驅(qū)動的無感無刷電機，開環(huán)實測最高轉(zhuǎn)速可達到5000轉(zhuǎn)，因此，可以滿足目前國內(nèi)外熱門的筋膜槍設(shè)計需求。

無感無刷電機控制原理：

1.ADC主要工作：PWM每一周期，高電平持續(xù)時間的中點時刻，觸發(fā)ADC進行采樣懸空相、母線電壓、母線電流；利用懸空相反電動勢電壓和1/2VBUS母線電壓之間比較，可有效檢測過零點判斷并進行換相，

2.TIMER定時器計時換相時間進而可以通過換向時間和極對數(shù)來計算出電機的轉(zhuǎn)速。與此同時，單片機通過ADC檢測電流和依靠轉(zhuǎn)速變化隨時監(jiān)控電機的工作情況，有效檢測電機堵停，失速，過流等異常情況。

3.逆變電路選用IO口直接驅(qū)動N+P管，上橋IO口驅(qū)動，下橋PWM斬波驅(qū)動,可避免上下橋臂MOS同時導(dǎo)通以至于燒壞MOS。

相比于傳統(tǒng)的有刷電機而言，有刷電機不能實時監(jiān)控電機的轉(zhuǎn)速情況，只能通過電流判斷的方式進行電機保護，由于靠電刷的方式實現(xiàn)換相，使用壽命上會比無刷電機的壽命短一些。

簡言之，筋膜槍的主要功能是依靠無刷電機實現(xiàn)，同時為了用戶便于攜帶等更好的用戶體驗，基本的電機功能以外，依靠LED燈控實現(xiàn)顯示檔位、充電狀態(tài)以及電機異常狀態(tài)顯示，由于充電IC市面上的價格偏貴一些，充電部分功能可以由軟件控制boost升壓電路的方式降低方案成本。

鋰電池充電支持5V1A以上的充電頭，恒定控制充電電流900mA左右，充電效率80%左右，選用4.7uH的大功率電感CD32封裝，以240K的pwm頻率控制MOS的方式使得電感在不停的充電放電，進而達到升壓充電的功能，恒流充電主要是采集鋰電池端的充電回路電流的大小去控制輸入電流的大小。閉環(huán)控制對于boost升壓電路適配電池的效果更佳。

方案優(yōu)勢

針對無刷電機BLDC方向，鴻博微電子HBM32G003系列性能芯片開發(fā)的產(chǎn)品,采用三路獨立的高級PWM信號發(fā)生器跟12位高精度SARADC，可適用于低轉(zhuǎn)速、無位置傳感器的電機應(yīng)用方案。

經(jīng)過對比,鴻博微HBM32G003芯片對比其他方案具有如下優(yōu)勢：

l 32位ARM Cortex M0處理器，最高主頻48Mhz，IO引腳數(shù)最多含有16個引腳；

l ROM：64K字節(jié)的FLASH存儲器作為程序存儲區(qū)，128K FLASH片上數(shù)據(jù)存儲，

RAM：2K數(shù)據(jù)存儲區(qū)；

l 具有9通道的12位高精度SARADC，最高采樣速率達到2.4Mhz；

l 三種低功耗模式：standby、sleep、stop；最低功耗電流可達0.6uA；

l 三路基本PWM信號發(fā)生器，支持1-256分頻，支持翻轉(zhuǎn)點中斷和周期溢出中斷；

l 三路獨立高級PWM信號發(fā)生器，支持1-256分頻、死區(qū)、互補和剎車功能，支持上升沿/下降沿計數(shù)，邊沿對齊或中心對稱波形輸出；可配置起始電平、輸出電平、翻轉(zhuǎn)點中斷、內(nèi)部觸發(fā)點、溢出中斷等。

1. 相對國內(nèi)外的ST、HK、GD、MM等M0系列芯片而言，該芯片成本更低、可提供專業(yè)高效的技術(shù)服務(wù)支持。

2. 獨有的M0外設(shè)驅(qū)動固件庫，可使外設(shè)程序配置簡化，減少外圍器件，對于工程師而言，簡明的外設(shè)程序配置更容易理解，能更大程度優(yōu)化配置方案；

物料清單