BLDC FOC控制還在哼哧哼哧的畫板子，寫代碼，調(diào)參數(shù)？本文找到了一個電機控制“神器”，硬件實現(xiàn)FOC，無需代碼。此刻開始，F(xiàn)OC變得更有意思咯——

電機控制算法有多磨人，幾位工程師朋友如是說：

如果你不是專業(yè)的電機算法工程師，而只是要做電機控制的應用的話，也許有更好的方法，不用死磕算法，1個芯片就能搞定。

1個電機控制器=

MCU+電機驅(qū)動器+門級驅(qū)動器+源管理器

這個硬件實現(xiàn)FOC，無需代碼的神器就是ADI最新推出的高度集成的單片柵極驅(qū)動器和電機控制器TMC9660。

FOC控制的目標是電機，算法最終會在硬件上實現(xiàn)，所以無需代碼的FOC控制，就意味著硬件要十分強大了。雖然尺寸僅有9mm x 9mm，64個引腳，但小巧的TMC9660內(nèi)部“暗藏乾坤”——

? Motion Control Core (MCC) 運動控制

這是TMC9660最關(guān)鍵的部分，以硬件實現(xiàn)，具有高度的軟件可配置性：

1）硬件實現(xiàn)的磁場定向控制器/FOC，用于寬帶寬電流控制環(huán)路

2）硬件實現(xiàn)的位置、速度和扭矩控制器，可實現(xiàn)快速、精確的控制

3）8 點 Ramp 生成器，在硬件中實時進行 Ramp 計算，優(yōu)化電機的運動

4）快速空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）引擎（2kHz ...100kHz），時鐘頻率為120MHz

因此，TMC9660能夠支持最常用的電機類型的控制，包括三相永磁同步電機 （PMSM）/無刷直流 （BLDC）、兩相步進電機和有刷直流電機。

?嵌入式微控制器系統(tǒng)

TMC9660內(nèi)部還嵌入了一個預編程的嵌入式微控制器系統(tǒng)，這是TMC9660不可或缺的部分，可以用做基本的電機控制以及外部通信等。

這部分里面包含一個以40MHz運行的32位RISC-V微處理器，帶SRAM（48KB）的存儲器、帶引導加載程序的OTP和只讀存儲器（ROM）、直接寄存器訪問和參數(shù)固件。此外，還有用于通信的SPI、UART和I2C接口，電機控制（包括MCC、智能門驅(qū)動器和測量單元/MU）和幾個定時器單元的外圍設備。

?Gate Driver驅(qū)動單元

門級驅(qū)動在電機控制系統(tǒng)中的重要性，想必很多小伙伴都知道。它是連接控制系統(tǒng)與功率半導體器件之間的重要橋梁，可以將控制電路發(fā)出的低電平控制信號轉(zhuǎn)化為能夠驅(qū)動大功率半導體器件所需的大電流或高壓信號，確保這些功率器件按照預定的開關(guān)時序準確無誤地工作。

TMC9660就集成了專為電機控制量身定制的70V專用智能門驅(qū)動電路，可以驅(qū)動多達四個外部NMOS+NMOS半橋。此外還有可配置的用于EMI緩解的斜率控制、用于防dV/dt誘導導通、過電流和柵極短路保護的智能定序器等等。

?PMU電源管理單元

TMC9660集成的電源管理單元老厲害了。

首先，它有很寬范圍的工作電壓，低至7.7V，高達70V的電源都可以工作。這樣，電機的電源電壓就可以給它供電，不再需要額外的電源芯片了。

其次，一個電機電源，TMC9660不僅可以自己用，還可以給外部負載供電，這得益于它內(nèi)部集成的一個DC/DC轉(zhuǎn)換器（降壓）、一個電荷泵、兩個可配置的LDO，以及兩個為TMC9660內(nèi)部供電的1.8V LDO。

從這些TMC9660內(nèi)部構(gòu)成來看，所以我說1片TMC9660，可以是電機驅(qū)動器，可以是MCU，可以是門級驅(qū)動器，可以是電源管理器。

TMC9660電機運動控制demo

全網(wǎng)首發(fā)評測

TMC9660真的不需要代碼，就可以進行FOC控制嗎？全球排名前列的電子元器件授權(quán)代理商WT文曄科技，與B站大V達爾聞合作，全網(wǎng)首測TMC9660電機運動控制demo。

這套demo由四個部分組成：

1）TMC9660-STEPPER-EVAL評估板

在評估板上，除了TMC9660和簡單的外圍電路之外，還有MOS橋部分，以及一些接口：

1個電機接口連接電機的UVW三相；2個編碼器和1個霍爾傳感器的接口，接受來自電機的反饋信號；1個UART和1個SPI接口，與外部進行通信

2）PC接口板：也就是Landungsbrücke接口板，板子上有一顆MCU，通過USBtype-C接口，可以連接電腦。這是模塊化評估系統(tǒng)之一，使用它，即使是沒有任何運動控制經(jīng)驗的工程師也可以快速上手。

3）橋接板：也是連接器板，通過它，可以訪問PC接口板和相應評估板之間的所有信號。

4）電機：這里連接的是BLDC電機。

通過官方的PC接口板和橋接板，一根USB typc-C的數(shù)據(jù)線，一個電源，連上評估板，一切準備就緒了。

軟件IDE

配置FOC

在硬件上實現(xiàn)FOC控制，其實是原廠工程師已經(jīng)在芯片底層做完了FOC算法，我們只需要在上層進行寄存器或者參數(shù)配置就可以了，其中參數(shù)模式更為簡單，就相當于直接買個成品的驅(qū)動器了。

TMC9660配置可以通過橋接板使用官方的TMCL-IDE進行調(diào)試，也可以使用USB轉(zhuǎn)UART的接口連接電腦，然后使用電腦自帶的PowerShare命令行調(diào)試。

好的配套軟件，可以幫助工程師快速的上手，TMCL-IDE就是功能十分強大的調(diào)試工具，所以為了展示它的強大，我們就通過PC接口板連接電腦，體驗TMC9660。

總結(jié)一下重點的配置步驟：

第一步：準備好硬件連接，以及在PC上安裝TMCL-IDE。

第二步：上電，在TMCL-IDE選擇板卡：TMC9660-stepper-BL，并將ioconfig配置文件upload到板子。配置文件包括TMC9660的SPI、UART通信接口設置，霍爾、編碼器接口與TMC9660的IO對應等信息。

第三步：開啟FOC配置

1）選擇連接的電機，BLDC，設置電機參數(shù)，最大電流3A。

2）配置CSA和ADC，并讓電機開環(huán)轉(zhuǎn)起來，紅色電壓，綠色反饋回來的電流一致，但電機動作有抖動。

3）電流環(huán)PI配置，可以直接點擊同步參數(shù)，以及推薦PI值，點擊測試，目標電流和實際電流，響應很及時，也沒有超調(diào)。

4）霍爾配置，讓實際反饋和控制落在同一象限，并進行測試，反饋的電壓、電流與目標值也是一致。

5）編碼器配置，讓實際和控制保持同一方向。然后設置基于編碼器的FOC控制，觸發(fā)方式選擇霍爾，這個時候測試電機，就沒有抖動，很平穩(wěn)的運行。

6）速度環(huán)PI配置，直接可以點擊findcurrent，找到配置參數(shù)，然后再次測試，電機會自動正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，并且電流和電壓的響應情況，可以看到與目標一致。

通過這幾步，就輕松的完成TMC9660的配置了，接下來就可以基于FOC控制了。

接下來，就可以調(diào)整PID參數(shù)，讓電機運動到最佳狀態(tài)。

TMCL-IDE還提供了參數(shù)設置與反饋數(shù)據(jù)，還有更直觀的曲線圖，包括速度上升或下降曲線，電流大小等。

一套流程走下來，大家發(fā)現(xiàn)沒，真是輕輕松松就可以配置好TMC9660的FOC控制了，全程不需要任何代碼。

當然，本次只是上手體驗了TMC9660最基本的控制，如果真的用在項目中，還是得好好研究一下。不過，即使遇到問題，也不用怕，WT文曄可以為大家提供支持，有需要可以通過郵件聯(lián)系我們。