一、前言
随着中国工业化进程的加快，风机行业成为工业领域的重要设备之一。目前，中国风机行业市场的规模庞大，产品类型多样，市场竞争激烈。近年来，中国风机行业市场规模一直保持着快速增长的趋势。根据中国气动工程学会发布的数据，2024年，中国风机行业市场规模达到了2000亿元，同比增长了10%以上。同时，风机行业产品的质量和技术水平也得到了大幅提升，大部分企业已经能够生产高效节能的产品，满足客户对产品性能的需求。
目前，中国风机行业市场主要分为工业风机和民用风机两大类。工业风机主要应用于煤矿、电力、化工、冶金等行业，用于排风、通风、送风等工艺流程。民用风机主要应用于建筑、家用电器等领域，用于室内通风、排湿等方面。两大类风机市场规模较大，其中工业风机市场规模较大，但民用风机市场增速较快，发展潜力大。
广芯微基于UM321xF系列芯片开发出面向风机应用的参考设计和完整解决方案，并开放源文件及快速的技术服务，确保客户基于广芯微方案进行产品开发可顺利实现量产，以此推进风机产品的快速上市。
二、硬件方案介绍
硬件版图：
硬件方案框图：
1.外置2级LDO Power电源支持12-48V宽电压输入；
2.内置1路运放可直接进行单电阻电流采样重构；
3.内置3路比较器快速直接获取反电势信号或硬件过流保护 ；
4.PWM支持与比较器的联动，异常情况紧急停机保护机制，有效防止功率元器件损坏；
5.可搭配3颗N沟道预驱（UM6012）或1颗6N沟道预驱（UM6032），丰富的产品线器件供应选择；
6.丰富的外设接口（SPI/UART/IIC/CAN）,支持多传感器扩展功能；
7.板极ESD设计可靠度可达8KV以上，得益于广芯微UM321xF芯片优异的ESD性能；
8.高集成度、高可靠性、低功耗MCU，各功能外设配合检测电路可进行各种失效监测；
9.扩展了HALL接口电路，可支持有感FOC控制方案；
10.扩展了反电势检测电路，可支持无感FOC的顺逆风检测；
11.扩展了PWM/VSP调速功能及FG信号反馈。
三、软件方案介绍
a)软件架构：
此方案整个软件工程分为应用层、System、Common及电机库。应用层包含系统初始、系统配置、CLI引擎、通用任务、电机控制API、电机任务等。System层包含Startup启动、中断服务、时钟、睡眠与低功耗等。Common层包含消息队列、软定时器、延时/串口输出、实用工具等。电机库包含PID 环路、换相函数处理、芯片驱动库等。
b)软件设计框图：
控制器上电后进入系统配置，依次进行IO端口配置，AD转换模块配置，定时器的配置，中断初始化，定时器初始化，保护参数初始化，交互参数初始化，初始化状态检测，使能中断，最后进入主循环（App-Task）执行相应app层事件。
电机控制部分主要在高频中断中执行运算，主要处理FOC运算部分，及位置速度观测器。ADC中断主要处理采样数据，低频中断主要处理速度/功率外环控制部分及故障检测部分。
电机控制算法采用单/双电阻无感FOC的电流转速双闭环控制系统，可在配置文件中选择有感/无感/单电阻电流重构/双电阻电流重构等组合方案，方案框图如下所示：
c)电机算法库概要：
四、功能参数及测试波形
功能参数：
支持单/双电阻无/有感FOC控制方案
输入电压：DC 12-48V
额定功率：<500W
防电源反接电路设计
支持PWM调速及FG信号反馈
顺逆风启停
硬件过流，欠过压，欠过温，限/过流，堵转等全功能保护
测试波形：
五、解决方案优势
1.低功耗技术指标
1.1μA@3.0V DeepSleep+RTC模式，RCL运行，IO、SRAM以及寄存器数据保持
0.44μA @3.0V Stop模式，所有时钟停止，IO、SRAM以及寄存器数据保持
123μA/MHz @3.0V @48MHz Active模式
3.7μs快速睡眠唤醒系统
2.高可靠性，将EMC及ESD性能作为基础要求融入芯片定义，在设计阶段进行针对性优化，并结合板级设计通过了目前所有电控项目的ESD及EMC测试；
3.高集成度，内部集成3路比较器，1路运放，硬件加速器，减少外围电路及布板空间；
4.分层设计的软件架构，丰富且成熟的电机算法库，降低开发设计难度及技术门槛。
来源：广芯微电子
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