兆易创新:用芯打造更强电机指挥系统

发布时间:2024-08-02 09:04
作者:AMEYA360
来源:兆易创新
阅读量:2243

  如果电机要向高能效、智能化和集成化的方向持续发展,离不开高性能MCU的支持。现代电机驱动系统利用MCU的快速响应能力、高精度模拟接口和强大的数字信号处理能力来实现复杂的控制算法,提高能量管理和动态响应的效率。同时,MCU集成的诸多功能也使得电机驱动系统的开发变得更加简便。

  作为中国通用MCU市场的领跑者,兆易创新很早就开始针对电机驱动市场进行布局,相继成功推出了多个系列的产品。在近日举办的2024电机驱动与控制论坛上,兆易创新MCU事业部产品市场经理陈树敏以《GD32 MCU为电机驱动提供多维度的解决方案》为题发表演讲,展示兆易创新在电机驱动方面所取得的成绩,也对今后的产品发展方向进行了展望。

兆易创新:用芯打造更强电机指挥系统


  No.1的产品实力

  兆易创新在国内创造了多项第一。陈树敏指出,兆易创新是国内第一家推出基于ARM® Cortex®-M3、M4以及M23内核的MCU厂商,第一家推出基于Cortex®-M7内核的MCU。同时,兆易创新也是首家推出RISC-V架构MCU的通用MCU厂商。连续八年,兆易创新的通用MCU产品在中国大陆市场的年度出货量保持第一。

  经过多年的积累,兆易创新拥有极为丰富的MCU产品种类,已量产产品囊括了51个系列,超过600个型号,实现了高性能、主流性、入门级、低功耗、无线、车规、专用产品的全面覆盖,目前累计出货量超过15.7亿颗。

  兆易创新正积极进军无线产品领域,推出融合Wi-Fi和蓝牙等无线技术的产品。同时,车规级产品也是公司开发的重点。自2022年起,公司已成功推出3个系列的车规产品,目前已在Tier 1供应商中实现量产。此外,兆易创新也推出服务于指纹识别、打印机等细分市场的产品。总体而言,兆易创新的产品覆盖了物联网、能源电力、工业控制、安防设备、网络通讯、健康监护和汽车等多个领域。

  作为MCU的兵家必争之地,兆易创新对电机驱动市场需求进行细致划分,首先,对于需要强大计算力的应用,兆易创新提供具有600MHz Cortex®-M7内核的产品线,如超高性能的GD32H7系列;针对大批量主流需求,则提供GD32F3系列;在成本较为敏感的应用中,如消费类和小型电动工具等,兆易创新推出了具备Cortex®-M4内核、能实现浮点控制且兼顾性能和成本的GD32E230/235系列; 对于需要无线通信并连接到云的应用,兆易创新提供了一些三合一产品,如已经量产的GD32W515、GD32VW553。

兆易创新:用芯打造更强电机指挥系统

  GD32MCU 电机控制应用与推荐产品

  多维度方案对应多维度应用

  GD32高性能通用产品线拥有全产品家族主频最高的产品,非常适合高性能应用,如伺服电机等。陈树敏重点介绍Ethercat伺服从站应用的案例。该方案基于Cortex®-M7内核的GD32H7系列MCU,实现了标准CIA402协议,可通过twincat进行实时控制,构建了伺服从站上的电机控制、协议解析一体的方案。此外,如果是低成本的伺服电机控制应用,还可以采用兆易创新的200MHz Cortex®-M4内核的GD32F407系列产品进行双电机同步控制,从而大幅降低成本。

兆易创新:用芯打造更强电机指挥系统

  GD32H759-Ethercat伺服从站应用方案

  通用主流MCU产品的特点是新产品采用领先的主流工艺平台,以增强的处理效能和丰富的系统资源为市场主流应用加持,具备成熟的量产经验,客户群体广泛,全面适用工业消费及物联网、汽车等市场主流应用。

  该系列有两个具有代表性的方案。一是支持BLDC方波控制的通用电机控制方案,24V供电,额定电流2A,转速可达5000rpm,支持成熟的方波控制算法,以及多种转子定位方式(HALL传感器、Encoder传感器)。另一个是可进行FOC矢量控制的通用电机控制方案,支持有感(HALL、编码器)定位模式和无感(滑膜观测器、龙伯格观测器等)定位模式。

  在入门级通用产品线中,兆易创新推出以GD32F310K8T6为主控芯片的电动工具参考设计。该芯片采用QFN32小封装,内置高速ADC进行采样;16.8V供电,最大20A工作电流,电机转速可达24000rpm(空载)。整个方案结构简单,扭矩大,适合低成本高性能的产品应用。同时,兆易创新还提供了适配1.5匹家用空调的FOC控制解决方案,可适配普通千瓦级别PFC应用,帮助厂商顺利通过FCC的认证。

  无线通用产品线中,兆易创新现在有支持Wi-Fi 6和BLE 5.2的GD32VW553及Wi-Fi 4的GD32W515两款产品。以GD32W515为核心配合电机驱动芯片GD30DR8413,兆易创新开发了无刷电机、步进电机和Wi-Fi通信三合一的高度集成的硬件方案,使风扇可支持通过按键、Wi-Fi以及语音控制,并通过Wi-Fi直接连到云端。

  GD32A5车规产品线是兆易创新发力的重点之一,该系列采用Cortex®-M33内核,主频达到100MHz,符合AEC-Q100汽车电子通用测试规范。以GD32A503为核心,兆易创新推出汽车空调压缩机的方案,搭载汽车级IPM功率器件,实现高动态性能的FOC算法对无刷直流电机的快速平稳控制,电机的带载转速可达到8000转以上。陈树敏表示,未来兆易创新还将推出双Cortex®-M7内核的产品。

  打通开发链条最后一公里

  电机控制器的开发是一项复杂且具有挑战性的任务。为了帮助客户简化这一过程并缩短开发周期,兆易创新提供了全面的硬件和软件资源。

  兆易创新的硬件资源主要包括了各种FOC的演示套件,如GD32F303R-FOC演示套件,GD32_LQFP48_FOC 演示套件,以及车规级的GD32A503R-FOC 演示套件,还有进行方波控制的GD32303R-BLDC 演示套件。

  在软件方面,兆易创新还专门提供了电机开发的SDK。这个SDK支持从单电阻、双电阻到三电阻的多种采样模式,电机运行模式包括了速度、电流双闭环运行。陈树敏表示,在算法方面,除了支持传统的有感和无感定位以外,兆易创新还做了新的优化算法,包括高频注入、MTPA等,能提高整个电机的控制效率。

  经过多年的构建,兆易创新的整个开发生态已经非常完善,从最初的Dev Kits & Documents到最终的Production Programmers,每个环节都有丰富的资源。而且,兆易创新还将这些资源汇聚在一起,便于开发者来使用,所有的固件、软件库、硬件方案的手册,都可以通过https://www.gd32mcu.com网站上下载。


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