概述

相較于傳統直流有刷電機的電刷因長期磨損的關系需要一直保養維護，直流無刷電機不使 用基于電刷的機械式換相，而是采用電子式換相，配置適當的驅動器來控制電機換相，可以 提高效率且相對安靜與省電，在現代許多家電、工業應用中都可以看到直流無刷電機。

BD66FM5250 是一款 8 位高性能精簡指令集 Flash 單片機，它高度集成多種特性，專門為無刷直流電機應用而設計。

圖1 實物圖

在存儲器特性方面，Flash 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 數據存儲器和用于存儲序列數據、校準數 據等非易失性數據的 True EEPROM 存儲器。此外通過使用 IAP 功能，便于用 戶直接將測量的數據存儲至程序存儲器中或進行應用程序更新。

此單片機具有性能良好、功耗低、I/O 使用靈活的特性，外加集成有定時器模 塊、內部振蕩器、多通道 A/D 轉換器、D/A 轉換器、運算放大器、脈寬調制功 能、16 位捕捉定時器模塊、比較器、電機保護模塊、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應用而設計的單片機，但其強大的功能使得 它可以廣泛應用于 A/D 產品中，例如傳感器信號處理、電機驅動、工業控制、 消費類產品和子系統控制等。

合泰與華秋聯合推出基于BD66FM5250定制的五節鋰電池 BLDC 沖擊扳手應用方案，可應用于腳手架沖擊扳手等領域。

應用特性

■ 操作控制：VR無級調速、正反轉控制

■ 檔位顯示、檔位切換、斷電檔位記憶

■ 反轉自停功能，斷電功能記憶

■ 延時斷電功能，關機后零消耗

■ 提供電壓保護、過電流、過溫及堵轉保護功能

工作原理

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

圖2 工作原理

轉向控制

圖1左側為電機控制向前轉概念圖、右側為 MOSFET 開關(Mask 功能)方框圖，為了使得電 機運轉，我們必須讓電機內的轉子動起來，而轉子就是所謂的磁鐵，我們通過控制 MOSFET 開關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)并產生磁場來吸引轉子 (磁鐵)，接著通過換相時序來改變開關電路使得電流流過另一個不同方向的定子繞組，并繼 續吸引轉子，而這個吸引轉子的過程就是讓驅動電機的簡易工作原理，且改變換相時序的 組合，即可達到正反轉的轉向控制，在 BD66FM52xx 系列中，我們只需要控制電流的方向即可讓電機運轉起來。

轉速控制

而無刷直流電機有一個特點，那就是可以自由調變電機的轉速，對于 User 來說非常方便。 其原理為電機的轉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生的，電流越強，磁場越大，電機轉速也會越快。流過定子繞組的電流大小由外部驅動 MOSFET 開關發出 PWM 信號(高電平為導通，低電平為打開)所決定的，當開關導通時，會有電流流過定子繞組;當開關打開時，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 Duty=100%(都為高電平)時代表一個周期內，開關都導通，此時電流最大;當 Duty=0%(都 為低電平)時代表一個周期內，開關都打開，此時電流為 0，故我們可以通過調變 PWM 的 Duty 占空比來進而調整電流的大小，達到控制電機的轉速的目的。

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

? 內部高速 20MHz RC – HIRC

? 內部低速 32kHz RC – LIRC

● 內部集成振蕩器，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 數據存儲器:2048×8
● True EEPROM 存儲器:512×8
● 在線應用編程功能 – 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 用于電機保護
● 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 轉換器
● 過流檢測 – 運算放大器、比較器 0 和 8-bit D/A 轉換器
● 多達 4 個比較器功能
● 1 個全雙工或半雙工異步通信接口 – UART
● 內建乘除法單元 – MDU
● 單個時基功能，用于產生固定時間的中斷信號
● 低電壓復位功能
● 低電壓檢測功能
● 封裝類型:32-pin QFN，24/28-pin SSOP

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應用范圍

沖擊扳手、電動風扇等

系統方塊圖