行业应用篇 | 更高效,更智能,看STM32如何诠释电机控制创新

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cathy 发布于:周三, 05/15/2024 - 14:18 ,关键词:
电机已经深入到人们生活的每个角落。从小型消费品到大型工业设备,风扇、泵、电动工具、吸尘器、洗衣机、空调、冰箱、汽车、机床、机器人等等都需要电机来提供驱动力。

更高效的电机

电动机是一种将电能转化为机械能的装置。在能量转化过程中降低损耗,提升系统的效率是电动机控制、电动机驱动和电机设计中的永恒主题。

随着碳排放达成共识和环境革命的到来,电机控制需要工业电机和驱动器不断提高效率,降低成本,提高一体化水平,支持新技术进入市场,并提高安全性和可靠性。

为了提高电机系统的效率,电机控制技术大有可为。通过采用性能更高、集成度更高的半导体器件,功能强大且安全的微控制器,更智能的传感器,结合更优化的软件算法,可实现提升效率、降低损耗的目的。

更智能的电机

电机智能化是实现智能工业的重要一环。电机控制的智能化可以从两个方面来实现。

扩展感知范围,在电机控制方案中加入更多传感器,如振动传感器,通过振动来监测电机的运行状态,在发生故障之前提前感知,并进行维护或者自动修复。

采用针对电机控制优化的MCU,并且添加丰富的外设功能,如高速ADC、栅极驱动器、电源模块,及电机控制PWM等等;而在软件方面,可以加入更多的AI算法,比如环境感知信息的处理算法、自身参数的识别算法等。

ST深耕工业电机控制市场超过20年,从传统耐用可靠的电机控制方案到现代高效智能的电机控制方案,ST能够提供性能强大的STM32 MCU、MPU和面向STM32一站式的电机控制解决方案;此外,完善的生态系统(包括一系列的评估板,参考设计,固件和开发工具链),将简化工业电机控制系统设计,加快产品上市。

为电机控制而优化的STM32 MCU

针对电机控制市场,ST定义了一系列具有竞争力的MCU产品,支持从入门级到主流应用,以及面向高端市场的电机控制需求:

可平替8位/16位MCU的STM32C0系列

基于Arm Cortex-M0+ 内核,主频48 MHz,采用90nm工艺,让用户以低于8位MCU的普惠价格,拥有32位MCU的性能,不仅可让开发人员事半功倍,还将在8位/16位微控制器的典型应用领域开疆拓土。STM32C0提供9种微型封装,从最小的SO8N到最大的LQFP48,从8pin到48pin。新上市的STM32C071还将引脚拓展至64pin,并拥有128 KB 闪存和 24 KB 的 RAM,内存配置翻了两番,同时配有无晶振 USB 控制器,可简化BOM、降低PCB布局的复杂性;额外的 SPI / I2C 接口和 32 位定时器,不仅为开发者提供降本增效的可能,还确保了STM32C071和STM32G0之间的引脚兼容性,为未来可能的产品移植提供便利。

STM32C0系列面向价格敏感的入门级电机控制类应用,如小家用、工业泵类、风扇控制等。

入门级STM32G0系列

基于64MHz Arm® Cortex®-M0+内核,该系列具有高效、简单、坚固耐用的特点,为高效微控制器必须具备的功能设定了新的定义。它内置12位ADC、DAC和比较器以及内置精确的内部时钟,以最小的BOM成本和最大的升级灵活性实现设计目标,让用户的投资物超所值。另外,它在传统的8位和16位市场中具有很强的竞争力,帮用户省去了管理不同架构的需求,并节省相关的开发费用。

STM32G0系列非常适合入门级电机控制类应用,如家用空调风机、冷柜压缩机、家用油烟机、高速电吹风、吸尘器、电动车控制器等。

主流STM32G4系列

基于170MHz Arm® Cortex®-M4内核,支持FPU和DSP指令,以及三种不同的硬件加速器:ART Accelerator™可针对控制回路进行优化加速、CCM-SRAM程序执行加速器,以及数学运算加速器。该系列还提供丰富的高级模拟外设,内置高达5个12位ADC、7个12位DAC、7个高速比较器和6个可编程运算放大器,集成了用于三相逆变器和全桥转换器驱动器的先进电机控制定时器。同时,该系列与STM32F3系列高度兼容,确保用户在设计不同性能等级的衍生应用时提供卓越的效率。

STM32G4系列非常适合主流电机控制类应用,如变频家用或中央空调、变频冰箱、高端智能洗衣机、电动工具、高端电动车等。

兼具高性能和安全性的STM32H5系列

基于强大的Arm® Cortex®-M33内核 ,运行频率高达250 MHz,从最基本的安全构建模块到ST维护的安全认证服务,提供可扩展的安全性,满足所有应用需求。STM32H5系列基于ST先进的40nm工艺,实现更优化的性价比平衡,提供丰富的内存,外设和封装选择,给用户带来更强劲的性能和安全性,提供更多设计自由,加快产品上市。

STM32H5延续STM32现有生态系统,有助于开发者轻松实现各类开发应用,还新增了一些特有的新功能,例如I3C通信接口,Secure manager,器件生命周期管理。适用的应用场景包括:智能家居,如空调系统、冰箱、报警系统;工厂自动化,如PLC、电机控制、工业泵;智能城市的通信网关、灯光控制、能量转换;以及键盘、跟踪装置、医疗配件等消费类应用。

面向高端应用的STM32H7系列

基于Arm® Cortex®-M7内核,运行频率高达600 MHz。具有单核和双核版本 (Cortex®-M7 + Cortex®-M4),获得了基于Cortex®-M的微控制器行业迄今最高的基准测试分数,高达3224 CoreMark。它具有出色的内存可扩展和灵活性,内置从64 KB到2 MB不等的嵌入式Flash存储器,564 KB到1.4 MB的嵌入式SRAM,以及高达200 MHz的超快外部存储器接口。

STM32H7系列为开发人员提供了更高的自由度,以适应未来最终用户对丰富、互联、强大和安全应用的需求,并满足不断变化的市场要求。

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ST电机控制完整解决方案

除MCU产品外,ST还提供一系列面向不同终端应用的解决方案,包括家用电器、通用电机伺服控制以及电动工具类应用,为客户提供从控制器到驱动器及传感器的开箱即用软硬件集成方案。

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STM32 电机控制软件及生态支持

从硬件开发板、软件工具和嵌入式软件,到培训资源和文档,STM32生态系统可全方位简化电机控制应用的开发:

  • 丰富的STM32/STM8(32位/8位)MCU产品组合,工业级,支持电机控制需求

  • 针对电机应用量身打造的数字和模拟外设

  • 各种嵌入式特性(在MC-SDK中提供)满足不同的应用需求


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获取软硬件资源

通过软硬件开发工具的配合,ST为客户提供从硬件初始化到最终产品量产的全开发流程支持。用户可以通过访问STM32 MCU & MPU Eval Tools - STMicroelectronics 查询相关硬件参考板,访问ST-MC-SUITE - Online Motor Control solution finder for STM32 and STM8 products - STMicroelectronics 了解相关软件资源资源。

有关STM32电机控制的更多信息,以及下载包括HSO软件算法在内的新MCSDK v6.2,请访问https://www.st.com/en/embedded-software/x-cube-mcsdk.html

来源:STM32

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