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面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案

2020年03月17日 09:30 ? 次閱讀

電機作為最主要的機電能源轉換裝置,其應用范圍已遍布全球國民經濟的各個領域,無論是在人們日常生活中使用的白色家電等家用電器,還是無人飛行器等消費電子產品,以及各類機器人等工業控制產品等方面,都有著極為廣泛的應用。在我國供應的電能中有近60%是用于電機運轉而消耗,因此降低電機能耗可以有效地提高能源利用率。目前電機也由早期的交流電機轉向使用直流無刷電機(BLDC)以提高能效利用率,高效節能是整個電機行業的發展趨勢。

基于MCU控制的無刷直流電機消除了刷子磨損和弧形機構,該技術使電機具有更高的效率,更高的轉矩-慣量比,更高的速度性能,更低的噪聲,更好的熱效率和低E特性。從而使電機在更低成本下可以更為高效的穩定可靠運行,并從整體上降低了整機成本。

面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案

圖1: MCU控制的電機典型結構

——國民技術高效電機控制系列產品Roadmap

含羞草 針對電機控制應用市場,國民技術有針對性的規劃了系列化的芯片產品和解決方案,覆蓋高、中、低電機市場應用,具有如下特色和優勢:

? 具備高性能32位處理器內核,支持硬件乘除法運算,浮點運算,DSP運算指令,實現硬件級高效、快速、準確的指令控制。

? 提供多路高速PWM定時器模數轉換器ADC),基于單MCU芯片可實現多個電機的無傳感器控制,同時對于有感電機支持編碼器輸入。

? 芯片內置專用比較器(COMP)和(OPAMP),支持內置可編程增益放大模式(PGA),簡化了整機系統設計,縮小板內空間、降低成本、提高系統穩定性。

? 內置MOS驅動器,支持高壓輸入(僅M系列和部分型號支持)

面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案
含羞草 圖2:國民技術電機控制MCU Roadmap

——基于N32G455系列MCU的一拖多電機控制解決方案

N32G455系列芯片為已發布的通用增強型處理器,支持FPU及DSP高速的處理能力、集成4個獨立的12bitADC、內置4個獨立的運算放大器含羞草和7個高速模擬比較器,適用于單芯片控制多電機的應用。同時,為了加快用戶開發,縮短客戶產品上市時間,國民技術提供了包括各類電機控制底層算法、和相關開發文檔等全套用戶級和應用指導,開發囊括了從基本的直流無刷(BLDC),到用于高級無傳感器定向控制(FOC)、以及有傳感器控制等種類齊全的電機解決方案。支持有刷直流電機、、BLDC、永磁同步電機、交流感應電機和磁阻電機等多種電機類型。

N32G455電機系列在應用中,具有如下基礎性底層技術優勢,革新行業技術演進路線:

? 高達4個獨立的具有5Msps高速采樣速率的12位模數轉換器(ADC),實現單芯片FOC控制兩個甚至四個BLDC電機,極大降低多電機應用中的成本控制。

含羞草 ? 硬件級電機控制脈寬調制,最小脈寬低至6.9ns,具有更高的電機控制精度,實現電機精確調教和穩定運行。

? 片內集成模擬運算放大器、模擬比較器及12位數模轉換器DAC),更高的集成度可提升系統穩定性,并進一步降低BOM成本。

? 片內緊密耦合,實現快速的器訪問和調度。

含羞草 ? 內置10余種密碼算法硬件加速引擎,提供硬件級的程序Flash分區保護機制,可實現對核心算法的分區存儲和加密保護、核心代碼分區訪問、程序的安全啟動等有關知識產權的保護措施,實現零附加成本防抄板、防篡改、防竊取。

含羞草 ——基于用戶級簡單易用的電機解決方案開發套件

基于N32G455系列芯片的電機控制開發套件,提供完整的電機控制算法庫,支持包括MRAS在內的多種無感算法、基于正交編碼的位置環控制,支持單電阻、雙電阻電流含羞草采樣控制,支持BLDC、FOC混合應用,支持完全獨立的雙電機、四電機應用,支持全參數的數據觀測和參數配置,支持代碼自動生成的開發流程。

面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案

圖3:電機控制算法庫模塊架構

——功能齊全的用戶級評估板

為方便用戶評估,國民技術提供基于N32G455控制芯片的電機評估板,該評估板由相互分離的驅動板(包含雙電阻雙FOC驅動板、單電阻雙FOC驅動板)和控制板組成,用戶可以自由組合出相應的電機驗證平臺,該開發套件支持無感FOC應用評估、HALL位置檢測FOC應用評估、編碼器位置檢測FOC應用評估。

面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案

圖4:雙電阻雙FOC評估板? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖5:單電阻雙FOC評估板

——基于N32G455系列增強型微控制器的優異特性?

N32G455系列采用32bit ARM Cortex-M4F內核、集成最大容量512KB Flash,144KB SRAM,集成多達17個高性能模擬器件,18個數字通訊接口,內置10余種密碼算法硬件加速引擎,支持存儲加密、用戶分區保護、安全啟動等多種安全特性,可廣泛應用于白色家電、手持云臺、無人飛行器、機器人、數字電源、UPS、伺服控制器等應用領域。

面向高效能應用的電機控制主控芯片及解決方案

含羞草 圖6:N32G455系列型號資源配置表

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