1、概述該應(yīng)用手冊描述了Fortior的FT310芯片在三相直流無刷電機驅(qū)動上的應(yīng)用設(shè)計，給出了典型應(yīng)用電路實例。FT310芯片是一款是三相無位置傳感器無刷直流電機控制器，提供直接外部驅(qū)動換向和電流控制。FT310芯片無位置傳感器無刷直流電機驅(qū)動可以去除轉(zhuǎn)子位置傳感器如霍爾元件，并且簡化了電機的結(jié)構(gòu)，在節(jié)省成本的同時又提高了電機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)健性。FT310具有很強的啟動適應(yīng)性，無需HALL傳感器，通過簡單的調(diào)節(jié)和極少的外部器件，使電機驅(qū)動器可以直接安裝在各電機本身，設(shè)計更靈活，應(yīng)用推廣更方便。Fortior電機驅(qū)動芯片采用LDMOS先進工藝設(shè)計實現(xiàn)，具有寬電壓、耐高溫、長壽命等特點，非常適合要

2、求苛刻的電機控制應(yīng)用。目前已在很多要求嚴(yán)苛的市場（包括汽車、工業(yè)、通訊和辦公設(shè)備）中得到應(yīng)用。Fortior的產(chǎn)品可應(yīng)用于諸如汽車氣筒、油泵、電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、工業(yè)風(fēng)機、電動工具、電玩（航模）、按摩設(shè)備、打印機（噴墨式和激光式）等電機驅(qū)動器應(yīng)用以及各種冷卻風(fēng)扇的應(yīng)用。FT310芯片評估板FT310評估板（Evaluation Kit）是完全組裝并經(jīng)過測試的PCBA，用來演示FT310驅(qū)動控制芯片在驅(qū)動各種電機時的啟動、帶載及功能保護的特性。可用來做為各種BLDC電機驅(qū)動的開發(fā)、調(diào)試和方案定型。FT310使用峰岹獨有的控制算法引擎，具有使電機高效率和低功耗運行的特點，采用硬件設(shè)計實現(xiàn)驅(qū)

3、動與外部之間的控制和高速切換，避免了其他類似器件需要反復(fù)調(diào)試和編碼的過程。FT310評估板采用FT310主控芯片，內(nèi)置了驅(qū)動Pre-driver電路，外接電路由3個P管、3個N管的全橋MOSFET驅(qū)動和外圍保護電路及開關(guān)組成，輸入電壓范圍從6至28V，可驅(qū)動高達(dá)20A以上的電機負(fù)載可靠運轉(zhuǎn)，并且可以同時具備過流/限流保護、過熱保護、電機正反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)保護及速度調(diào)節(jié)控制。FT310評估板具有板上跳線設(shè)置，允許用戶設(shè)置和選擇多種控制模式，以提高大多數(shù)電機的適應(yīng)性，滿足用戶手上各種不同類型的電機調(diào)試任務(wù)，快速推出適應(yīng)市場需求的高性能產(chǎn)品。FT310評估板具有電位調(diào)節(jié)器，可對電機的啟動特性進行調(diào)節(jié)，調(diào)試

4、完成后用分壓電阻代替電位器即可，從而實現(xiàn)BLDC電機的最優(yōu)化啟動。特性6.0V至28V寬電壓輸入范圍輸出端預(yù)置20A的承受電流，根據(jù)MOSFET選擇可驅(qū)動更大負(fù)載高速PWM輸出，獨特的驅(qū)動引擎，實現(xiàn)內(nèi)外電路的快速開關(guān)切換芯片內(nèi)部集成高速Pre-driver，外部只需增加MOSFET，進一步節(jié)省PCB空間支持電位器線性調(diào)速和PWM數(shù)字調(diào)速可選擇模式控制DMS0DMS6，可適應(yīng)驅(qū)動多種類BLDC電機軟啟動輸出過載保護可限制電流熱保護預(yù)置啟動/復(fù)位開關(guān)預(yù)留智能控制接口（速度檢測、堵轉(zhuǎn)報警、智能調(diào)速等）；封裝7x7mm TQFP48無鉛（Pb）并符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)完全組裝并經(jīng)過測試硬件驗證（快速入門）F

5、T310評估板經(jīng)過完整的安裝和測試，請按照以下步驟驗證電路板的工作狀況：1)將可調(diào)直流電源輸出調(diào)節(jié)在+12V或+24V，關(guān)閉電源。注意：在完成所有連接之前，請勿打開電源。2)將電源的正/負(fù)極接通，或直接將電源線的火牛接口接入評估板，打開電源開關(guān)SW2。3)將數(shù)字萬用表正極輸入端連到+6V和+1.8V測試點焊盤，負(fù)極輸入端連到GND焊盤，測量芯片輸出電壓，確保芯片工作正常。4)關(guān)閉電源，將電機的三相引線接入評估板輸出端的U/V/W焊盤之間。5)打開電源，按下啟動/復(fù)位開關(guān)SW1。6)確認(rèn)電機是否有反應(yīng)（抖動/旋轉(zhuǎn)等），未能正常啟動，請迅速關(guān)閉啟動/復(fù)位開關(guān)SW1，等待調(diào)試。7)硬件檢測完畢，進入

6、調(diào)試階段。（后續(xù)章節(jié)將詳細(xì)介紹驅(qū)動板的應(yīng)用步驟和電機調(diào)試過程）所需硬件FT310評估板（圖1）一個電壓可調(diào)的直流電源，提供6V至28V電壓、20A電流、數(shù)字萬用表、電流表、12V/24V BLDC電機硬件詳細(xì)說明圖1為三相直流無刷驅(qū)動芯片F(xiàn)T310評估板PCBA圖2為FT310評估板的功能框圖u該電路圖為三相直流無刷控制芯片F(xiàn)T310的典型應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)圖。u通過跳線選擇電動機驅(qū)動模式，可適應(yīng)大多數(shù)BLDC電機應(yīng)用。u,;通過一個電位器線性調(diào)速或PWM數(shù)字調(diào)速。通過電阻分壓R6/R7、R8/R9、R10/R11采集相端反饋電壓來檢測反電動勢（BEMF），內(nèi)部自適應(yīng)ZCP過零檢測電壓，BEMF反饋

7、端電壓峰值不超過6V。u電動機啟動特性由R12/R13、R14/R15分壓電阻調(diào)節(jié)。電流限制、過熱保護均由芯片內(nèi)部的運放來實現(xiàn)，通過外部給定的電壓大小決定具體的電流/溫度工作范圍。u過流檢測通過相端輸出采樣電阻R18，由外部開關(guān)電路產(chǎn)生FAULT信號給芯片，使芯片停止工作。u可通過調(diào)節(jié)R2/C1參數(shù)使電機實現(xiàn)軟啟動特性FT310評估板輸入寬電壓范圍6至28V，工程師可根據(jù)不同輸入電壓的電機來快速完成設(shè)計任務(wù)，輸出電流可根據(jù)具體MOSFET/IGBT的驅(qū)動能力來驅(qū)動電動機，允許工作的電流范圍僅需要通過電阻來設(shè)定即可，注意，對于大功率輸出場合，由于MOSFET功率和散熱有限，使用FT310評估板難

8、以滿足設(shè)計要求。電機驅(qū)動應(yīng)用中，采用本評估板來控制電機，用戶應(yīng)參考表1所示的跳線設(shè)定，表2電機接線和表3的電機調(diào)試選擇接口。表一：FT310評估板的跳線設(shè)置：跳線電機控制J0, J1, J2, J3, J4, J5, J6電機模式選擇JP1上位機智能接口J8,J9,J10地信號SW12電源開關(guān)表二：FT310評估板的電機接線：標(biāo)識電機控制VR4（RSF）電機啟動換相頻率調(diào)節(jié)VR7（RPI）電機啟動力矩調(diào)節(jié)VR1電機調(diào)速電位器SW1電機復(fù)位按鈕FT310驅(qū)動板功能說明及電機調(diào)試：電機啟動調(diào)節(jié)l模式選擇針對不同類型的BLDC電機，因為啟動要求的力矩，時間，速度等特性差異很大，F(xiàn)T310芯片給出了典

9、型應(yīng)用下的電機驅(qū)動最佳模式，以保證電機的高效率運轉(zhuǎn)，見表四。表四：電機驅(qū)動模式選擇選擇序號DMS0DMS6應(yīng)用電機類型備注1電玩、無葉風(fēng)扇、電動工具2泵類、打印機、電動窗簾、無葉風(fēng)扇3電玩、電動工具、按摩設(shè)備4各類風(fēng)扇、風(fēng)機5冷卻風(fēng)扇6吊扇7大負(fù)載泵、風(fēng)機等8超大負(fù)載泵、風(fēng)機等Notes：1代表DMS模式引腳置高電平（+6V），0代表DMS模式引腳置低電平（0V）。當(dāng)用戶調(diào)試模式固定后，PCB設(shè)計時可通過直接懸空或接地處理來完成模式的配置（DMS端引腳懸空代表置高電平）。l啟動特性調(diào)試（對應(yīng)RPI/RSF引腳）1.RPI和RSF的作用RPI的電壓決定了電機啟動電流的大小，RPI電壓越大，電機的

10、啟動電流越大，RPI電壓越小，啟動電流越小。而電機的啟動電流決定了電機在啟動時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩T，啟動電流越大，啟動時電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩T越大；反之越小。RSF的電壓決定了電機啟動時換向頻率的大小，RSF電壓越大，電機啟動時的換相頻率越小，反之越大。對于負(fù)載大、轉(zhuǎn)速慢的電機，換向頻率都比較小，加在RSF上的電壓都比較大，例如風(fēng)扇類的電機RSF值都在4.5V以上；對于負(fù)載小、轉(zhuǎn)速高的電機，換相頻率都比較大，加在RSF上的電壓都比較小，例如水泵和航模類的電機RSF值都在3.5V以下。2. RPI和RSF在調(diào)試電機時具體操作方法由于無感BLDC電機在啟動時需要定位轉(zhuǎn)子的的位置，如果電機啟動時注入電機的

11、電流過大或者換相頻率不匹配，都會造成電機啟動時產(chǎn)生抖動和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重的導(dǎo)致電機啟動不了或者引起較大的電流沖擊，燒毀驅(qū)動端MOSFET電路。具體調(diào)試過程：首先將電位器VR2/RSF引腳電壓調(diào)至6V，電位器VR3/RPI引腳電壓調(diào)至2V，啟動電機，觀察電機啟動時的現(xiàn)象。如RSF/RPI參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，則會表現(xiàn)為以下幾類現(xiàn)象：A、啟動時反轉(zhuǎn)幾次然后正常運轉(zhuǎn)。B、啟動過程中停頓幾下然后正常運轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時直接停止。C、啟動時電機輕微抖動，轉(zhuǎn)不起來。D、啟動時劇烈抖動幾下，引起電源電流較大的波動。針對以上現(xiàn)象，RPI和RSF應(yīng)做如下調(diào)整：a、針對A現(xiàn)象，將RPI引腳上的電壓減小，同時將RSF引腳上的電壓增大

12、，直到不反轉(zhuǎn)為止。b、針對B現(xiàn)象，將RSF引腳上的電壓減小，直到啟動的過程中沒有停頓為止。c、針對C現(xiàn)象，將RPI引腳上的電壓慢慢增大，直到可以順利啟動為止。d、針對D現(xiàn)象，將RPI引腳上的電壓減小，直到電機啟動時不會引起電流的波動為止。調(diào)速和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制電機速度控制由芯片輸出的PWM占空比（Duty Cycle）大小決定，詳細(xì)的控制方法見FT310芯片datasheet page5。l電位器無級調(diào)速圖3電位器無級調(diào)速電路圖大多數(shù)電機調(diào)速需要通過電位器無級調(diào)速，在此應(yīng)用中的電路圖如圖3，當(dāng)SREF的電壓等于VDD6時，電機的轉(zhuǎn)速最高；當(dāng)SREF的電壓等于GND時，電機停止轉(zhuǎn)動，一般情況下，電機

13、正常啟動的需要加在SREF引腳端的電壓為34V左右，速度曲線如圖4，x軸代表SREF引腳電壓，y軸代表速度百分比。圖4 FT3xx速度VS電壓曲線圖l軟啟動（推薦用戶使用）R1和C1的作用是實現(xiàn)電機的軟啟動，時間常數(shù)=R1C1，一般設(shè)置為R=1M，C=2.2uF，啟動時間約36秒。lPWM調(diào)速圖5 PWM調(diào)速電路圖PWM數(shù)字信號調(diào)速電路如圖5，由MCU端給出不同占空比大小的PWM信號，來控制三極管通斷，再將PWM數(shù)字信號通過R/C充放電回路轉(zhuǎn)換為模擬電平給到SREF引腳端，再控制芯片的輸出PWM占空比，芯片內(nèi)部PWM信號的頻率固定為25K，此處MCU輸入給電機控制芯片的PWM頻率至于SREF引

14、腳端的R/C取值有關(guān)，當(dāng)MCU/PWM頻率較低時，R/C充放電時間常數(shù)選擇小些，當(dāng)MCU/PWM頻率選擇較高時，R/C充放電時間常數(shù)要適當(dāng)大些。l閉環(huán)速度控制圖6閉環(huán)控制電路框圖閉環(huán)控制電路如圖6，通過外接控制器檢測芯片F(xiàn)G引腳上信號的頻率，以此來確定電機的轉(zhuǎn)速，再通過PWM來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到速度閉環(huán)控制的目的。SREFVDD6R1C1FT3XX3.3K10KFGPWMMCUIO5V10K速度信號檢測圖7 FG信號引腳邏輯圖FG信號的內(nèi)部電路如圖7，使用外部控制器檢測FG信號時，需要將FG信號上拉到控制端的數(shù)字高電平。轉(zhuǎn)速（ns）與FG頻率信號（f）的計算公式為：轉(zhuǎn)速ns=60*f/p，其

15、中p為電機極對數(shù)。最小速度設(shè)置（SMIN）對于無感BLDC電機，在使用無級調(diào)速時，可以使電機在很低的速度運行，但是當(dāng)速度極低的時候，就會出現(xiàn)不連續(xù)轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，即轉(zhuǎn)一下停一下，為了防止這種狀態(tài)，使SMIN引腳的電壓大于使電機保持連續(xù)運轉(zhuǎn)所需的SREF引腳端電壓。當(dāng)速度繼續(xù)降低時，即SREF引腳上的電壓小于SMIN引腳的電壓時，驅(qū)動器直接關(guān)掉輸出，電機停止工作。如果不需要限制最低轉(zhuǎn)速，可將SMIN引腳置低電平，則電機速度由外部速度控制引腳電平?jīng)Q定，如圖8。圖8 SMIN引腳電路接線圖限流功能設(shè)置限流的作用可以幫助在一些場合要求嚴(yán)格限制轉(zhuǎn)速或負(fù)載電流的情況下使用到，開啟限流功能，倘若電機轉(zhuǎn)速要繼續(xù)增

16、大，此時不管是提高PWM調(diào)節(jié)脈寬還是增加SREF端電壓，電機的工作電流會始終保持在限制的門限值范圍內(nèi)。圖9限流功能電路圖電路連接框圖如圖9，通過電阻R1和R2設(shè)置限流的門限。Rsense為電機工作電流采樣電阻。過流保護（OCP）當(dāng)電機的工作電流超出設(shè)定的門限值或者電機系統(tǒng)發(fā)生短路時，直接由FAULT信號關(guān)閉芯片輸出。使其處于待機狀態(tài)，需要重啟（RESET）或者重新上電才能開啟，自動重啟的時間由RSD設(shè)置，即自動重啟時間等于堵轉(zhuǎn)重啟所需的時間。圖10過流保護功能電路圖電路接法如圖10，電容3.3K和10nF根據(jù)電路保護時間要求，可以進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；FAULT正常情況為高電平，芯片內(nèi)部檢測FAUL

17、T引腳上有下降沿時，就認(rèn)為是過流，立即關(guān)閉輸出。過熱保護（OTP）過熱保護為芯片外部溫度檢測保護功能，當(dāng)被檢測的環(huán)境溫度超過設(shè)定的溫度門限時，控制器關(guān)閉輸出。圖11過熱保護功能電路圖電路接法如圖11，當(dāng)VTH電壓大于VLIMIT電壓時，控制器正常工作；當(dāng)VTH電壓小于VLIMIT電壓時，進入過熱保護狀態(tài)，芯片關(guān)閉輸出；當(dāng)環(huán)境溫度恢復(fù)時，芯片自動恢復(fù)工作。2、芯片內(nèi)部溫度保護FT310芯片內(nèi)部有溫度檢測模塊，當(dāng)芯片的工作溫度超過150時，芯片自動關(guān)閉輸出；當(dāng)溫度恢復(fù)后，芯片自動恢復(fù)工作。過壓保護（OVP）過壓保護電路：1.推薦使用外部運放電路。2.當(dāng)系統(tǒng)不需要過熱保護功能時，可與過熱保護功能電路

18、復(fù)用，設(shè)置VTH為參考門限電壓，VLIMIT為輸入判決電壓，當(dāng)電壓超過門限時，關(guān)閉輸出，當(dāng)電壓恢復(fù)時，芯片自動恢復(fù)工作。參考電路圖如圖12：圖12過壓保護電路欠壓保護（UVLO）FT310芯片內(nèi)部可以自動判斷欠壓狀態(tài)，當(dāng)VDD6引腳電平低于+3V，芯片停止工作。如果用戶需要VCC外部輸入欠壓保護，可通過外部接入運算放大器電路來實現(xiàn)。堵轉(zhuǎn)功能堵轉(zhuǎn)功能包括堵轉(zhuǎn)檢測和堵轉(zhuǎn)重啟處理，當(dāng)電機被堵轉(zhuǎn)后，堵轉(zhuǎn)信號狀態(tài)檢測由RD引腳給出，芯片內(nèi)部會輸出高電平狀態(tài)，外部MCU檢測時，需要外接10K上拉電阻，如圖13：圖13堵轉(zhuǎn)檢測信號內(nèi)部電路圖堵轉(zhuǎn)檢測信號：電機正常運行時，RD信號是低電平，電機堵轉(zhuǎn)，RD信號為高電平。但是RD信號在電機啟動過程保持2至3秒的高電平（啟動時間與電機特性有關(guān)），電機正常啟動后變成低電平，隨后在發(fā)生堵轉(zhuǎn)時才變?yōu)楦唠娖?，堵轉(zhuǎn)信號狀態(tài)如圖14：圖14堵轉(zhuǎn)檢測信號狀態(tài)圖注意：當(dāng)需要對堵轉(zhuǎn)信號檢測時，請在電機正常啟動后開始檢測，因為電機在啟動的過程中，RD有變化，會導(dǎo)致誤檢測，可能會造成上位機誤