电机是工业领域的动力之源。通过电和磁的相互作用，实现电能和动能之间的相互转换。在全球工业自动化市场中，电机占据着十分重要的地位，其应用遍及各个领域，如信息处理、音响设备、汽车电气设备、航空航天以及工农业生产等领域。
近几年，随着无人机、智能机器人、智能家电以及汽车电子等市场的兴起，驱动与控制领域的市场潜力逐渐被释放，电机控制器市场规模也逐年提升。根据《2020年中国电机控制器行业数据发展研究报告》显示，2019年电机控制器行业市场规模达到2400亿元，2011-2019年市场增长速度保持在10%以上。预计在今后一段时间内还会保持良好的增长态势。
电机控制器作为连接电池与电机的电能转换单元，是电机驱动及控制系统的核心，其重要性不言而喻。随着市场需求的不断扩大，人们对于电机驱动技术以及控制器性能的要求也越来越高。首先，电机系统数字化是必然的发展方向。电驱动控制系统在高性能高速处理器的基础上，可以实现复杂多变的控制算法，进一步提升电机效率。其次，电机系统轻量化和集成化也是发展趋势。在控制器方面，实现功率器件、驱动、控制、传感器、电源等的集成化，不仅减小体积，也有利于提高电机系统效率，降低能耗损失。
兆易创新推出的GD30DR8306驱动芯片，集成了电机驱动，保护，LDO以及BUCK等多种功能，配合GD32E230系列MCU，开发了GD32E230C-FOC电机驱动参考设计，在电机驱动领域迈出了坚实的一步。
GD32E230C-FOC介绍
GD32E230C-FOC是一款电机驱动开发平台，采用Cortex®-M23内核的GigaDevice GD32E230C8T6芯片作为主控MCU，以GD30DR8306为驱动芯片，完成电机驱动功能的实现。
GD30DR8306x是一款三相门驱动器，提供可选择DC/DC降压控制器。该驱动器包含三个半桥驱动器，每个驱动器能够驱动两个NMOSFET，并支持高达1.2A拉电流和1A灌电流。驱动器插入固定的死区时间，防止开关时高侧和低侧MOSFET短路击穿。
GD32E230C-FOC可通过按键和拨码开关实现对电机的控制(模式选择、启停、刹车、切换转向等)，1.3寸OLED液晶显示运行状态，实现多种定位算法。该板提供船型电源开关、SWD接口、Reset按键、旋钮编码器、电机接口及USART调试口等外设资源，可实现过压/欠压检测、过流检测等保护功能。
GD32E230C-FOC支持BLDC或者PMSM电机，电压范围4.5V-30V，限流2A。该板采用状态机机制来进行电机控制，电机的状态主要有INIT(初始)，IDLE(空闲)、RUNNING(运行)、BRAKE(刹车)和FAULT(错误)5个，具体电机控制状态机切换过程如图状态控制机所示，只要满足相应的条件即可进行电机控制状态的切换。采用状态机的机制进行电机控制管理，使得控制过程变得清晰明朗，更为高效。
GD32E230C-FOC特性
1. GD32E230C-FOC电机驱动开发平台特性：
■ FOC矢量控制;
■ SVPWM调制技术支持七段式、五段式实现方式;
■ 支持三电阻和单电阻电流采样;
■ 支持有感(HALL/ 增量式编码器)定位方式和无感(龙伯格/ 滑模)定位方式;
■ 支持HALL、编码器的偏移角自动识别;
■ 过压、欠压及过流检测保护电路;
■ 1.3寸OLED屏幕实现电机控制、运行参数显示，电机FAULT状态报警显示;
■ 旋钮编码器开关EC11调节转速;
■ 按键实现模式选择、启停、刹车等功能;
2. GD30DR8306x PMU主要规格介绍：
■ 4.5-30V电源电压;
■ 可编程的栅极驱动电流，峰值1A源极和1.2A灌电流;
■ 智能高端和低端摆率控制;
■ PWM输入控制高达200kHz;
■ 2种PWM模式(6x和3x);
■ 内部5V / 2A DC-DC降压控制器;
■ 3.3V和5V数字接口;
■ 集成5V LDO;
■ 散热增强：QFN32(5x5);
■ 保护功能：
☆ –死区时间插入;
☆ –MOSFET直通保护;
☆ –过温保护;
☆ –故障诊断;
☆ –VP和VDD欠压锁定(UVLO);
3. GD32E230系列MCU主要规格介绍：
■ Arm Cortex-M23@72MHz, 55DMIPS的处理性能;
■ Flash：64KB/32KB/16KB;
■SRAM：8KB/6KB/4KB;
■ 高速高精度ADC, 12BitsADC x 1@2.6Msps，10通道;
■ 高级定时器x1，可产生6路死区可调的互补PWM输出;
■ 通用定时器x5;
■ Flash带硬件加密保护;
■ 多种串行通讯方式：I2Cx2, SPIx2, UARTx2;
■ 丰富的封装类型：TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/ LQFP48;
■ 供电电压：1.8V~3.6V;
■ 工业级的工作温度范围：-40℃~+85℃;
■ 工业级的ESD特性：6000 Volt;
4. 电机参数介绍：
(该平台选用常州精控电机为例，具体参数如下)
型号：常州精控电机JK57BLS02型号PMSM电机;
接线顺序为三相绕组：U(黄)V(绿)W(蓝);
HALL端子：+5V(红)GND(黑)A(黄) B(绿)C(蓝);
极数：4极;
相电阻：0.33Ω;
额定电压：DC24V;
额定转矩：0.22N·M;
额定转速：3000±10% RPM;
空载转速：3800±10% RPM;
空载电流：0.7 Amps Max;
输出功率：69W;
反电动势常数：6.3V/KRPM;
转矩常数：0.06 N·M/A;
绝缘等级：Class B;
绕组连接方式：星形;
GD32E230C-FOC优势
1. 驱动电压范围宽
GD30DR8306x支持4.5-30V宽范围电压输入，以满足不同方案需求。
2. LDO输出能力高
GD30DR8306x自带的LDO可支持5.0V/40mA输出，在保证驱动芯片正常运行的同时，还可以带载一些外部器件。
3. 可选择BUCK电路
GD30DR8306x中集成了一个DC / DC降压控制器，该控制器驱动一个外部高端N沟道MOSFET，以提供2A的输出电流，输出调节至5V。
4. 驱动电流
可编程栅极驱动电流，可承受峰值1A拉电流和1.2A灌电流。
5. 高频率PWM控制
GD30DR8306x支持高达200KHz的PWM输入控制。
6. 支持多种算法
GD32E230C-FOC支持HALL、ENCODER、LUENBURGER和SMO四种控制方案。
7. 保护种类多
驱动芯片支持过热保护、故障诊断、VP和VDD欠压锁定，系统整体支持输入过压、欠压、过流等多种保护。
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