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基于芯海科技32位MCU的電機控制應用方案

芯海科技(深圳)股份有限公司 ? 2023-02-08 14:15 ? 次閱讀

電機(Electric machinery,俗稱“馬達”)是依據電磁感應定律,實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置,其主要作用是產生驅動轉矩,為用電器或各類機械提供動力。

電機作為工業世界的動力之源,幾乎用于所有電子設備。據不完全統計,全球電力消耗的50%來自電機,尤其是工業用電中,約60%的電力被電機消耗。

電機種類繁多,應用紛繁復雜。電機與人們生活息息相關,廣泛應用到吹風機、掃地機、吸塵器、冰箱、空調、洗衣機等大小家電,以及電動自行車、電動滑板、平衡車等騎行車輛。同時覆蓋發電、制造和運輸等工業領域,包括泵、機床、壓縮機等應用場景。而在車用電機領域,從電動車窗、天窗、后備箱,到水泵、油泵、HVAC,EV主電機,電機都發揮著重要作用。

作為動力源,電機的工作環境非常惡劣,常常需要經受熱應力、機械應力、電流偏差、環境變化、自然老化等因素侵蝕而造成故障,嚴重甚至影響安全使用。因此,為了提升電機的性能和使用安全、延長使用壽命,人們需要不斷提高對電機控制芯片的性能和品質要求。

長期以來,國內電機控制芯片市場由歐美國際大廠主導,國內企業起步較晚,市占率較低。近年來,隨著國產MCU不斷崛起,眾多國產廠商快速成長,在電機驅動控制芯片細分領域的技術積累已頗具競爭優勢。

芯海科技(股票代碼:688595)作為一家專注模擬IC半導體設計公司,憑藉“高性能ADC+高可靠性MCU”雙平臺驅動,持續深耕智能家居、高端消費電子工業控制汽車電子等應用領域,為通用市場及垂直細分應用市場提供獨具競爭力的產品和解決方案。

當前,隨著芯海在電機驅動控制領域的技術研發積累,持續推出基于32位MCU的電機控制應用方案,在精度、可靠性、集成度等關鍵技術指標上媲美業界一流廠商,且為客戶提供穩定供貨及本土化服務。

以下將分享幾個典型的芯海科技電機控制的應用方案。

應用一

車載水泵

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隨著新能源汽車的蓬勃發展,采用車載電子水泵成為大勢所趨。車載電子水泵通過帶有電子控制驅動單元的水泵,為汽車發動機冷卻系統提供智能調節散熱功能,滿足車輛在任何工況下的溫度需求和工作性能。一般來說,車載電子水泵的控制應用要在具備控制水泵開關、流量控制、壓力控制、運轉保護等功能集成上,滿足汽車的高集成設計、超長續航的穩定性需求。芯海科技CS32F036Q是一款車規級高可靠性的32位MCU,采用Arm Cortex-M0內核,工作頻率48MHz,集成多達32K字節Flash和4K字節SRAM,一個I2C/SPI、兩個USART(支持Software LIN)、專為電機控制設計的12位高速ADC和增強型定時器、六個16位通用定時器、一個32位定時器、最多支持17路PWM輸出。

CS32F036Q通過AEC-Q100認證,滿足車規級產品工作環境惡劣的要求,可實現單電阻無傳感器FOC控制,同時提供整套FOC控制算法支持,幫助客戶快速實現方案開發、產品量產。

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CS32F036Q車載水泵系統框圖

CS32F036Q的產品特點:

更寬的工作溫度(-40~105℃)

更寬的工作電壓2.0~5.5V

12bit 1M SPS采樣頻率的高速、高精度ADC,有效精度≥10bit

ADC工作范圍:2.4~5.5V,-40~105℃

±1%精度的低溫漂時鐘

810473e2-a6fc-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngCS32F036Q系統框圖

應用二

電動自行車811679b6-a6fc-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

近年來,隨著“新國標”的落地,雙輪電動車在智能化、強性能、安全性等方面不斷演進,帶動了新一輪的換車高峰。電動車控制器作為雙輪電動車的核心部件,迎來新的增長。

芯海科技32位MCU CS32F031與CS32F103,作為電動車控制器的主控MCU芯片,很好地滿足了雙輪電動車、電動三輪、共享電單車的高溫寬、高耐潮的應用環境,以及PWM、ADC等高可靠性的功能要求。

CS32F031采用Arm Cortex-M0內核,主頻高達48MHz,內置1個功能豐富的高級定時器、1個10通道1Msps采樣率的高精度ADC、6個16-bit定時器(支持霍爾捕獲)。CS32F031采用5V供電,抗干擾能力強,成本更優。

CS32F103采用ARM-Cortex M3內核,主頻高達72MHz, 支持單周期乘法和多周期硬件除法運算, 內置1個功能豐富的高級定時器、2個共計16通道1Msps采樣率的高精度ADC、3個16-bit定時器(支持霍爾捕獲),支持7通道DMA傳輸,提供LQFP48/64/100等主流封裝形態。

CS32F031與CS32F103兩款產品均可滿足有感FOC控制的所有需求。

81235690-a6fc-11ed-ad0d-dac502259ad0.png芯海科技CS32F031電動自行車系統框圖CS32F031的產品特點:

最高48MHz工作頻率

32K/64 Kbytes的flash 存儲器, 192B Flash 數據存儲, 4K/8Kbytes的SRAM,帶硬件奇偶校驗

VDD 電壓: 2.0 to 5.5V

內部8MHz/14MHz RC高速振蕩器,典型情況下1%精度,內嵌PLL

1路16bit高級控制定時器(TIM1),每路有6個帶死區控制的PWM輸出通道

5個16位通用定時器,支持脈沖寬度測量和PWM波生成

1路12-Bit高精度ADC,采樣率高達1Msps,10個輸入通道

2個 USART, 支持: ISO7816接口, LIN主從功能, IrDA傳輸編解碼; 2個I2C; 2個SPI

  • 多達39個GPIO

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CS32F031系統框圖

應用三

變頻冰箱81416eaa-a6fc-11ed-ad0d-dac502259ad0.jpg近年來,隨著國家能耗標準的不斷提高,高能效變頻家電成為主流應用。變頻冰箱作為大白電的旗艦應用,其市場占比不斷提升。隨著變頻控制技術的持續發展,高性價比的32位MCU芯片作為變頻冰箱的核心控制器件,其市場滲透率也隨之穩步上升。芯海科技CS32F030系列MCU,可實現單電阻無傳感器FOC控制,同時提供整套FOC控制算法支持,幫助客戶快速實現方案開發、產品量產。該系列提供LQFP32封裝,可大大提供產品良率。

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CS32F030變頻冰箱系統框圖

芯海科技基于CS32F030K6T6設計的變頻冰箱應用方案具備如下特性:

單電阻無感矢量控制

驅動算法成熟,電機適配性強,匹配過主流壓縮機平臺(東貝、加西貝拉、恩布拉科)

啟動算法成功率100%

支持過流、過壓、缺相、堵轉等保護,延長產品使用壽命

  • 高級控制算法支持:諧波抑制、轉矩補償等

應用四

變頻高速風筒816788f6-a6fc-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

變頻高速風筒以轉矩脈動小、效率高、噪聲小、動態響應快而受到市場的廣泛認可。

面對新的市場趨勢,芯海科技推出高達12萬轉的高速風筒應用方案。方案采用Arm Cortex-M3內核的MCU主控芯片CS32F103,搭配芯海自研的智能IPM模塊CSPM405。在軟件方面,采用無傳感器FOC矢量控制,搭配公司最新電機控制算法,可實現速度扭矩雙閉環控制。

基于芯海科技“CS32F103+CSPM405+最新算法”的高速風筒方案具備如下特征:

電阻無感FOC控制

最高轉速12萬轉

支持速度轉矩雙閉環控制

支持過流,過壓,短路保護

良好的EMI/EMC性能

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芯海科技CS32F103高速風筒系統框圖

CS32F103的產品特點:

最高72MHz工作頻率

支持單周期乘法和硬件除法

64K/128KBytes的Flash存儲器,20KBytes的SRAM

內部8MHz RC高速振蕩器,內部40kHzRC低速振蕩器,支持4~16MHz晶體振蕩器

鎖相環(PLL),最高支持72MHz

3個16位定時器,每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數的通道和增量編碼器輸入

1個16位帶死區控制和緊急剎車,用于電機控制的PWM高級控制定時器

2路12-Bit高精度ADC,采樣率高達1Msps,16個輸入通道

7通道DMA控制器, 支持的外設包括:SPIx,I2Cx,USARTx,TIMx,ADC

3個USART,2個I2C接口,2個SPI接口,1個CAN 2.0B接口,1個USB2.0接口

豐富的GPIO(LQFP48:37個,LQFP64:51個,LQFP100: 80個)

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CS32F103系統框圖

目前,芯海科技“電機控制及驅動應用”仍在持續豐富和完善。相關產品及應用方案,敬請關注公司官網“應用方案—電機控制及驅動”模塊,期待為終端客戶帶來更有價值的產品和服務(點擊文末“閱讀原文”可直接跳轉)。

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