APM32F035 无感 FOC 矢量控制完整方案：高压变频驱动一步到位

APM32F035 作为专为高压变频、风机水泵、家电设计的电机专用 MCU，凭借内置运放、比较器、M0CP 协处理器，完美支撑高精度无感 FOC 控制。AN1096 给出一套高压双电阻采样 + 滑模观测器的无感矢量控制方案，无需 HALL、稳定可靠、成本极低，可直接用于量产项目。本文完整拆解硬件、软件、参数、调试全流程，看完就能上手。

资料获取：AN1096_APM32F035_HvMOTOR EVAL无感矢量控制方案

1. 方案核心规格（直接对标量产）

• 控制方式：无感 FOC 磁场定向控制
• 观测器：反电动势滑模观测器
• 调制方式：SVPWM
• PWM 频率：8kHz
• 电机：5 对极，转速100~1000RPM
• 启动：开环启动 + 闭环切换
• 保护：过压、欠压、过流、堵转
• 代码体积：11KB
• 开发环境：Keil MDK5.23 及以上

2. APM32F035 电机专用资源（优势明显）

• 内核：Cortex‑M0+ 72MHz
• 专用协处理器：M0CP（Cordic/SVPWM/ 硬件除法）
• 模拟外设：4 路 OPA 运放 + 2 路 COMP 比较器
• 定时器：1 路高级三相 PWM（互补 + 死区 + 刹车）
• ADC：12 位，同步多通道采样
• 供电：2.0~3.6V，温度‑40~105℃
• 封装：LQFP48/32

3. 硬件系统设计（高压方案，直接抄板）

3.1 硬件架构

AC85‑264V → 整流滤波 → 开关电源 → 5V/3.3V

→ IPM 智能功率模块 → 三相电机

→ 双电阻电流采样 + 母线电压检测

→ OPA 放大 → ADC 采样 → FOC 运算

→ SVPWM → 6 路 PWM 驱动 IPM

2. 关键电路

1）电源电路

• 宽电压输入：AC 85~264V
• 输出：5V、3.3V
• 适合家电、工业风机水泵等高压供电场景

2）母线电压检测

• 分压比：1/205
• 最大可测：676.5V
• ADC 采集，实现过压 / 欠压保护

3）IPM 功率电路

• 集成三相桥 + 驱动 + 保护
• 故障信号→MCU Break 脚，硬件紧急关断 PWM

4）双电阻电流采样

• 采样电阻：0.02Ω
• OPA 放大倍数：约 5 倍
• 偏置电压：1.65V
• 最大测流：16.5A

5）最小系统

• 晶振：8MHz
• 调试：SWD
• 接口：隔离 UART、按键、故障 LED

4. 软件四层架构（清晰易维护）

1. 用户层：main、中断、参数配置
2. 外设驱动层：PWM、ADC、OPA、COMP、GPIO
3. 电机控制层：FOC、观测器、状态机、保护
4. 算法库层：Geehy MCLIB（Clarke/Park/SVPWM）

主状态机（4 主状态 + 6 子状态）

• INIT：初始化
• STOP：等待启动
• FAULT：故障保护
• RUN：运行（含 6 个子状态）

RUN 子状态：

• Calib → Ready → Align → Startup → Spin → Freewheel

5. 关键外设配置（官方标准）

5.1 PWM 配置（TMR1）

• 中央对齐模式 2
• 频率：8kHz
• 死区：1μs
• 6 路互补输出
• 刹车功能使能

5.2 ADC 配置

• DMA 搬运
• 同步采样：母线电压、V 相、W 相电流
• 触发源：TMR1 CC4
• 时序严格同步，保证 FOC 精度

5.3 OPA 运放

• 4 路全部使能
• 用于电流采样放大

5.4 COMP 比较器

• 过流保护
• 直接联动 TMR1 刹车，极速保护

6. 无感 FOC 核心逻辑

1. 电流采样：双电阻采样 V、W 相电流
2. Clarke 变换：三相→两相静止坐标系
3. Park 变换：两相旋转坐标系（d/q 轴）
4. PI 调节：电流环、速度环
5. 反 Park 变换
6. SVPWM：生成 6 路 PWM
7. 滑模观测器：估算转子位置与速度
8. 开环启动：低速拖动→闭环平滑切换

7. 参数配置表（直接套用）

系统参数

• PWM 频率：8000Hz
• 死区时间：1μs
• 系统时钟：72MHz

硬件参数

• 采样电阻：0.02Ω
• 运放增益：4.86
• 最大电流：16.46A
• 最大母线电压：676.5V

电机参数

• 极对数：5
• 相电阻：15.4Ω
• 相电感：0.185H
• 最大转速：1500RPM

控制参数

• 启动切换速度：150RPM
• 启动电流：0.25A
• 速度环 PID、电流环 PID（文档提供 Q15 格式）

8. 调试步骤（官方经验）

1. 核对电机参数：极对数、电阻、电感
2. 检查硬件电压：5V、3.3V、偏置 1.65V
3. 电流采样校准：零漂校正
4. 开环 Align 测试：电机正常吸合
5. 开环启动：平稳运行
6. 切入闭环：调节 PI 参数
7. 保护测试：过流、堵转、过压

9. 方案优势

1. 无感设计：省 HALL 传感器，降低成本
2. 高压方案：直接 AC 220V 供电
3. FOC 控制：平稳、静音、高效
4. 双电阻采样：精简电路，稳定性高
5. 保护完善：硬件 + 软件双重保护
6. 代码小巧：11KB，适合小 Flash 芯片

AN1096 是 APM32F035 最成熟的高压无感 FOC 官方方案，覆盖风机、水泵、空调、家电等场景。硬件集成度高、软件结构清晰、调试流程标准化，无需大量算法功底即可快速量产。