基于芯?？萍?2位MCU的電機控制應用方案

電機（Electric machinery，俗稱“馬達”）是依據電磁感應定律，實現(xiàn)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(yè)世界的動力之源，幾乎用于所有電子設備。據不完全統(tǒng)計，全球電力消耗的50%來自電機，尤其是工業(yè)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(fā)電、制造和運輸?shù)裙I(yè)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(fā)揮著重要作用。

作為動力源，電機的工作環(huán)境非常惡劣，常常需要經受熱應力、機械應力、電流偏差、環(huán)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(yè)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(yōu)勢。

芯?？萍?/u>（股票代碼：688595）作為一家專注模擬IC的半導體設計公司，憑藉“高性能ADC+高可靠性MCU”雙平臺驅動，持續(xù)深耕智能家居、高端消費電子、工業(yè)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(fā)積累，持續(xù)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(yè)界一流廠商，且為客戶提供穩(wěn)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

隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)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(fā)動機冷卻系統(tǒng)提供智能調節(jié)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(xù)航的穩(wěn)定性需求。芯?？萍糃S32F036Q是一款車規(guī)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(jié)Flash和4K字節(jié)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(guī)級產品工作環(huán)境惡劣的要求，可實現(xiàn)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(xiàn)方案開發(fā)、產品量產。

CS32F036Q車載水泵系統(tǒng)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

• 低漂移基準電壓及±2℃的溫度傳感器

CS32F036Q系統(tǒng)框圖

應用二

電動自行車

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?？萍?2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(huán)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(yōu)。

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(tài)。

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

芯?？萍糃S32F031電動自行車系統(tǒng)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(shù)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(qū)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

CS32F031系統(tǒng)框圖

應用三

變頻冰箱近年來，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(xù)發(fā)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(wěn)步上升。芯海科技CS32F030系列MCU，可實現(xiàn)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(xiàn)方案開發(fā)、產品量產。該系列提供LQFP32封裝，可大大提供產品良率。

CS32F030變頻冰箱系統(tǒng)框圖

芯?？萍蓟贑S32F030K6T6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?shù)?/span>

應用四

變頻高速風筒

變頻高速風筒以轉矩脈動小、效率高、噪聲小、動態(tài)響應快而受到市場的廣泛認可。

面對新的市場趨勢，芯?？萍纪瞥龈哌_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(xiàn)速度扭矩雙閉環(huán)控制。

基于芯?？萍肌癈S32F103+CSPM405+最新算法”的高速風筒方案具備如下特征：

三電阻無感FOC控制

最高轉速12萬轉

支持速度轉矩雙閉環(huán)控制

支持過流，過壓，短路保護

良好的EMI/EMC性能

芯?？萍糃S32F103高速風筒系統(tǒng)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(huán)(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(shù)的通道和增量編碼器輸入

1個16位帶死區(qū)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）

CS32F103系統(tǒng)框圖

目前，芯海科技“電機控制及驅動應用”仍在持續(xù)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）。