深入探讨FOC控制方案：实用指南一文带你了解

发布时间：2022-09-22 13:10:41

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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熟悉电子工程领域的人对于磁场导向控制（FOC）这个概念应该不陌生。FOC，又称为矢量控制，是一种利用变频器（VFD）来控制三相电机的技术。通过调整变频器的输出频率、输出电压的大小和角度，我们能够实现对电机输出的精确控制。在低成本电机FOC控制领域，小体积封装的微控制器单元（MCU）通常被广泛应用于六步方波控制。此类应用对MCU资源的要求并不高，因此小封装的MCU常常能够胜任任务。

然而，在基于FOC的永磁同步电机（PMSM）开发中，对MCU的运算能力和模数转换器（ADC）速度等资源有着更高的要求。大多数现有的小封装MCU难以满足这些需求。

青稞RISC-V处理器全栈MCU系列产品中，推出了CH32V203F8和CH32V203G8两款小封装V203芯片，以满足上述需求。

以TSSOP20封装的CH32V203F8为例，该芯片拥有最高可达144MHz的系统主频。它支持单周期乘法和硬件整数除法，并且在仅9个指令周期内完成硬件整数除法，其处理能力远强于普通MCU，完全能够快速处理FOC控制中的复杂运算。

此外，CH32V203F8还具备以下特性：

内置64KB Flash和20KB RAM，完全满足大多数FOC控制所需的存储资源。

集成2个独立12位ADC，可配置为9个采样通道，最高采样速度可达1M/S，满足FOC控制对高速采样的要求。同时，它还集成了1组高级定时器接口，可用于电机控制输出。

内置1组8通道通用直接存储器访问控制器（DMA），可与定时器和ADC协同工作，特别适用于采用单电阻方案的电流采样控制。

内置2个运放（OPA），可用于电流放大和短路保护。

可选配置1个USB、SWD、I2C或UART接口，用于与虚拟示波器进行波形观测、代码仿真或下载、外部数据交换等。

对于差分放大电路放大的母线电流，可以直接通过运放输出脚的ADC进行采样。另外，通过配置内部直连高级定时器1的BKIN脚，也可以使用OPA1的输出脚。

此外，利用ADC0、ADC1和ADC2三个通道对端电压进行采样，可以用于顺逆风启动时的位置判断，并且这三个引脚同时也是通用定时器2的捕获输入通道。

CH32V203的低运行功耗使得它可以通过LDO直接进行15V转3.3V。在U9输入端加入RC电路可以增强MCU电源的稳定性，并承担部分耗散功率。

借助CH32V203的低功耗特性，我们可以通过使用LDO将15V转换为3.3V，同时在U9输入端添加RC电路以增强MCU的电源稳定性，并分担一部分耗散功率。

对于MCU的1和2脚，它们是多功能复用引脚，可以通过代码进行配置，实现SWD、USB、I2C、串口或普通IO等功能。这样就能够实现代码下载调试、虚拟示波器波形观测等操作。

总结来说，尽管CH32V203F8等小封装MCU的引脚数量较少，但它们能够满足电机控制所需的基本外设要求，并具备同封装MCU不具备的主频等优势。因此，它们可以灵活应用于低成本电机FOC控制领域。FOC在工程设计中非常实用，特别是在电机控制领域，可以发挥重要作用，因此非常值得深入学习和研究。

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