小型低损耗智能集成模块应用方案详解

　　本文将介绍使用STM最新推出Cortex-M4内核的MCU配合基于SLLIMM-nano二代系列功率模块在冰箱上的FOC 单电阻无传感器应用。随着国家能效政策的大力推广，越来越多的电机应用如洗衣机、风机、洗碗机、油烟机开始采样变频技术。在传统的电机驱动中，使用分立元件导致系统设计结构复制，可靠性降低，意法半导体（STM）推出针对小功率电机应用开发出一种结构紧凑，可靠性高的功率模块产品，称之为SLLIMM（Small Low-Loss Intelligent Molded Module）小型低损耗智能集成模块。在该模块中分两个系列，SLLIMM 系列和SLLIMM-nano系列。SLLIMM 系列为600V电压，10A到30A电流，SLLIMM-nano二代 为600V电压，5A电流。

　　软件设计

　　STM32F302C8T6 是STM最新推出基于Cortex-M4内核（内部有8MHZ RC 可以16 锁相环倍频）带有FPU（最大频率72MHZ）的产品，针对高性能电机驱动应用，其内部集成了一路专门用于电机控制的Advanced TImer，最高工作频率可达到128MHz，得益于Cortex-M4内核强大的运算能力，内部集成一个带宽可达8.2MHZ高速运放模块。强大的处理内核，内部集成高速运放足以满足磁场定向控制（FOC）对数据实时运算的要求，性价比极具竞争力。

　　对于常见的内嵌永磁同步电机（I-PMSM） ，如冰箱压缩机，通常需要做饱压启动，会要求压缩机在重载的情况下短时间能启动成功，诸如类似滚筒洗衣，油烟机都会有类似的工作场景，所以ST在基于 Cortex-M4强大运算能力的基础上导入高频注入（HFI - High Frequency InjecTIon）功能，确保压缩机在大负载的环境下能在零速下顺利启动，进入正常运行模式。HFI功能需要基于STM提供的FOC SDK 4.0才能实现，同时STM也为了配合SDK 4.0的使用，在PC端提供了一个便捷易用的配置和在线实时调试软件ST Motor Control Workbench，方便用户快速入门（如图1）。

　　图1 ST Motor Control Workbench GUI

　　使用HFI功能，需要打开GUI 界面，在电机类型选择中选择”Internal PMSM”（目前HFI仅支持Ld

　　图2 电机本体特征参数配置对话框

　　通过GUI右侧的“Driver Management” 进入驱动管理模块页面，在出现的页面中选择“Speed PosiTIon Feedback Management” ，在弹出的对话框中选择“Main sensor”标签，通过“Sensor SelecTIon”下拉选择框，选中“ Sensor-less （ HFI + Observer ）” （图 3） 。

　　图 3

　　同时为了满足HFI的调试要求，我们还需要进入通过GUI右侧的“Control Stage”进入“DAC Functionality”对话框，配合MCU自带的两个DAC模块输出调试需要的电流和电角度信号（图 4）。

　　图 4