在消费升级的浪潮下，空气净化器等小家电产品正从基础功能型向高品质体验型快速迭代。电机作为其核心部件，传统采用的方波控制技术正逐渐被磁场定向控制（FOC）技术所取代。因为FOC技术能显著提升电机运行平滑度，有效降低设备噪音，为用户营造更舒适的家居环境。
随着产品向小型化、集成化、智能化方向演进，传统“MCU+外置驱动”分立式FOC方案，暴露出BOM成本高、PCB占用空间大、系统复杂度高等问题，已难以满足新一代空气净化器产品的设计需求。
G32M3101空气净化器参考方案
极海推出了G32M3101空气净化器参考方案，专为空气净化器及类似风机应用量身打造的高集成电机控制方案，其搭载G32M3101电机控制SoC，采用Cortex-M0+内核，单芯片集成40V 3P+3N栅极驱动器及5V/60mA LDO，实现 “MCU + 驱动 + 电源” 三合一高集成架构，大幅精简外围电路、缩小PCB尺寸、降低系统复杂度与BOM成本。
同时，借助芯片内置的DIV/MULT硬件算法加速单元，高效执行FOC算法，让电机运行更平滑、噪音更低，助力客户打造静音、稳定、高品质的空气净化器产品。
方案板
方案介绍
• 便捷供电设计：G32M3101支持24V电压直接输入，利用片内集成的LDO为MCU内核供电，驱动功率开关管，无需复杂的外部电源转换电路，大幅简化系统供电架构；
•灵活调速与转速反馈：通过GTMR（通用定时器）捕获外部输入的PWM频率作为速度命令，实现电机转速的实时调节；同时通过BTMR（基本定时器）输出PWM频率，实时反馈电机当前运行转速，便于系统精准监控；
• 智能启停控制：当用户输入转速命令超过或低于设定阈值时，电机将自动启动或关闭；
• 精准电流检测与控制：电机运行过程中，通过芯片内置的高性能运算放大器及采样电路，实时采集电机相电流数据，经坐标变换处理后，可精确控制电机的力矩电流大小及相位；
• 高效FOC控制算法，通过ATMR（高级定时器）输出三路互补PWM波，驱动逆变器开关元件，实现精准的电机矢量控制。
应用框图
同时，极海提供完善的算法库包含坐标变换、矢量控制核心函数、数学库及观测器库函数等，无需客户开发核心算法，可大幅降低开发门槛；配备灵活的参数配置工具，支持用户对电机核心电气参数、统一标定参数进行快捷配置；提供低速/高速观测器参数配置，可灵活设定顺逆风启动参数设定以及IPD（初始位置检测）启动使能，适配不同应用场景需求。
电机运行时电流波形图
方案优势
• 高集成度SoC设计：单芯片集成MCU+Gate Driver+LDO，大幅减少外围元器件，有效降低BOM成本与PCB占用面积，适配小家电小型化、集成化设计需求；
• 双电阻无感FOC控制：采用双电阻采样无感矢量FOC控制，降低电机运行噪音，提升电机运转平滑度，优化产品使用体验；
• 高级启动与观测策略：支持多观测器+PLL协同运行，具备开环/闭环启动、顺逆风启动（迎风/逆风状态下平稳切入）、IPD初始位置检测等高级功能，轻松适应风机类负载的复杂工况；
• 双闭环精准控制：支持速度闭环与功率闭环双重控制机制，可实时调节电机运行状态，确保空气净化器在不同滤网损耗状态下风量的稳定性；
• 完善的保护机制：芯片集成过流、过压、欠压、堵转等多种安全保护功能，可实时监测系统运行状态，提升整机运行可靠性；
• 静音舒适体验：充分发挥FOC算法优势，消除电机换相噪音，满足卧室、书房等场景对静音的严苛要求。
G32M3101电机控制SoC介绍
• 高效内核与算法加速：基于Cortex-M0+，工作主频64MHz，集成电机控制专用的32/32-bit除法器（支持有符号/无符号运算），大幅加速FOC算法中的除法运算与数学处理；
• 高集成度设计：内置40V 3P+3N栅极驱动器与5V/60mA LDO，直接驱动MOS管为系统供电，简化整体电源设计；
• 高性能ADC与DMA：配备最大2MSPS采样率的12-bit高精度 ADC，支持DMA模式，可将量化数据直接搬运至存储数组；由TMR1的TRGO0信号触发采样，降低CPU负载，确保采样的实时性与同步性；
• 高精度模拟外设：集成2个运算放大器（OP-Amp），用于精准采样电机电流；2个可编程模拟比较器（COMP）用于硬件级过流异常检测，响应速度快，可及时规避电机及芯片损坏风险；
• 丰富的通信接口：集成UART、SPI接口，可灵活拓展IoT模组、PM2.5传感器及显示面板，满足智能家电、小型电机等的多样化功能需求；
• 灵活的封装选择：提供QFN32、SSOP24、SSOP28及LQFP32多种封装选择，适配不同产品标准与PCB空间限制，满足从超小型化设计到标准板型的多样化需求。
高性能SoC+算法赋能
助力行业降噪增效、灵活开发
面向空气净化器及智能家电应用市场，极海推出的G32M3101空气净化器参考方案，凭借“高集成度SoC+优化算法库”的组合优势，解决了传统方案体积大、噪音高、开发难的问题。不仅实现了高可靠的混合信号处理与电机FOC控制，更通过多样化的封装选择，灵活适应客户产品设计需求。
未来，极海将持续深耕电机控制技术的创新，通过完善的生态系统与全方位的技术支持，助力客户缩短产品上市周期，全面提升终端产品的市场竞争力。
来源：极海半导体
免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理（联系邮箱：cathy@eetrend.com）。