概述

相較于傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)的電刷因長期磨損的關(guān)系需要一直保養(yǎng)維護(hù)，直流無刷電機(jī)不使 用基于電刷的機(jī)械式換相，而是采用電子式換相，配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動器來控制電機(jī)換相，可以 提高效率且相對安靜與省電，在現(xiàn)代許多家電、工業(yè)應(yīng)用中都可以看到直流無刷電機(jī)。

BD66FM5250 是一款 8 位高性能精簡指令集 Flash 單片機(jī)，它高度集成多種特性，專門為無刷直流電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計。

圖1 實物圖

在存儲器特性方面，F(xiàn)lash 存儲器可多次編程的特性給用戶提供了較大的方便。 除了 Flash 程序存儲器，還包括 RAM 數(shù)據(jù)存儲器和用于存儲序列數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的 True EEPROM 存儲器。此外通過使用 IAP 功能，便于用 戶直接將測量的數(shù)據(jù)存儲至程序存儲器中或進(jìn)行應(yīng)用程序更新。

此單片機(jī)具有性能良好、功耗低、I/O 使用靈活的特性，外加集成有定時器模 塊、內(nèi)部振蕩器、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、運算放大器、脈寬調(diào)制功 能、16 位捕捉定時器模塊、比較器、電機(jī)保護(hù)模塊、霍爾傳感器位置檢測功能、 UART 接口功能、16 位 MDU、時基、低電壓復(fù)位、低電壓檢測、暫停和喚醒 功能。雖是一款專為無刷直流電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計的單片機(jī)，但其強(qiáng)大的功能使得 它可以廣泛應(yīng)用于 A/D 產(chǎn)品中，例如傳感器信號處理、電機(jī)驅(qū)動、工業(yè)控制、 消費類產(chǎn)品和子系統(tǒng)控制等。

合泰與華秋聯(lián)合推出基于BD66FM5250定制的五節(jié)鋰電池 BLDC 沖擊扳手應(yīng)用方案，可應(yīng)用于腳手架沖擊扳手等領(lǐng)域。

應(yīng)用特性

■ 操作控制：VR無級調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制

■ 檔位顯示、檔位切換、斷電檔位記憶

■ 反轉(zhuǎn)自停功能，斷電功能記憶

■ 延時斷電功能，關(guān)機(jī)后零消耗

■ 提供電壓保護(hù)、過電流、過溫及堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

工作原理

電機(jī)控制工作原理簡介（以 BD66FM5250 為例），分為轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速控制兩個部分。

圖2 工作原理

轉(zhuǎn)向控制

圖1左側(cè)為電機(jī)控制向前轉(zhuǎn)概念圖、右側(cè)為 MOSFET 開關(guān)(Mask 功能)方框圖，為了使得電 機(jī)運轉(zhuǎn)，我們必須讓電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子動起來，而轉(zhuǎn)子就是所謂的磁鐵，我們通過控制 MOSFET 開關(guān)電路來使得電流流過特定方向的定子繞組(U、V、W 其中兩個)并產(chǎn)生磁場來吸引轉(zhuǎn)子 (磁鐵)，接著通過換相時序來改變開關(guān)電路使得電流流過另一個不同方向的定子繞組，并繼 續(xù)吸引轉(zhuǎn)子，而這個吸引轉(zhuǎn)子的過程就是讓驅(qū)動電機(jī)的簡易工作原理，且改變換相時序的 組合，即可達(dá)到正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向控制，在 BD66FM52xx 系列中，我們只需要控制電流的方向即可讓電機(jī)運轉(zhuǎn)起來。

轉(zhuǎn)速控制

而無刷直流電機(jī)有一個特點，那就是可以自由調(diào)變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對于 User 來說非常方便。 其原理為電機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁場大小成正比，而該磁場是由流過定子繞組的電流所產(chǎn)生的，電流越強(qiáng)，磁場越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速也會越快。流過定子繞組的電流大小由外部驅(qū)動 MOSFET 開關(guān)發(fā)出 PWM 信號(高電平為導(dǎo)通，低電平為打開)所決定的，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，會有電流流過定子繞組;當(dāng)開關(guān)打開時，則不會有電流。高電平與低電平兩者的比例稱為 Duty(占空比)， 當(dāng) Duty=100%(都為高電平)時代表一個周期內(nèi)，開關(guān)都導(dǎo)通，此時電流最大;當(dāng) Duty=0%(都 為低電平)時代表一個周期內(nèi)，開關(guān)都打開，此時電流為 0，故我們可以通過調(diào)變 PWM 的 Duty 占空比來進(jìn)而調(diào)整電流的大小，達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。

圖3 方框圖

特性

CPU 特性

● 工作電壓

? fSYS=32kHz~20MHz:4.5V~5.5V

● VDD=5V，系統(tǒng)時鐘為 20MHz 時，指令周期為 0.2μs

● 提供暫停和喚醒功能，以降低功耗

● 振蕩器類型

? 內(nèi)部高速 20MHz RC – HIRC

? 內(nèi)部低速 32kHz RC – LIRC

● 內(nèi)部集成振蕩器，無需外接元件
● 多種工作模式:快速、低速、空閑和休眠

● 所有指令可在 1~3 個指令周期完成
● 查表指令
● 115 條指令
● 8 層堆棧
● 位操作指令

周邊特性

● Flash 程序存儲器:8K×16
● RAM 數(shù)據(jù)存儲器:2048×8
● True EEPROM 存儲器:512×8
● 在線應(yīng)用編程功能 – IAP
● 看門狗定時器功能
● 30個雙向I/O口
● 4 個與 I/O 口共用的外部中斷輸入 – H1、H2、H3 和 INT0
● 多個定時器模塊用于時間測量、比較匹配輸出、PWM 輸出及單脈沖輸出

● 1 個 16-bit CAPTM 用于電機(jī)保護(hù)
● 1 個 10-bit PWM 具有 3 組輸出，支持邊沿 / 中心對齊模式
● 10+1 通道 12-bit 分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器
● 過流檢測 – 運算放大器、比較器 0 和 8-bit D/A 轉(zhuǎn)換器
● 多達(dá) 4 個比較器功能
● 1 個全雙工或半雙工異步通信接口 – UART
● 內(nèi)建乘除法單元 – MDU
● 單個時基功能，用于產(chǎn)生固定時間的中斷信號
● 低電壓復(fù)位功能
● 低電壓檢測功能
● 封裝類型:32-pin QFN，24/28-pin SSOP

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應(yīng)用范圍

沖擊扳手、電動風(fēng)扇等

系統(tǒng)方塊圖