电机控制

不管是工业自动化领域,还是汽车领域,抑或是生活家电领域,各个终端市场对电机性能都提出了更高的要求。它们不仅需要电机能够做到高效率和多功能控制,还需要电机在追求高转速的同时实现低噪音低振动的控制效果。在与日俱增的高标准性能要求下,高性能成了电机芯片竞争的关键。

纵观整个电机控制芯片市场,从低成本通用伺服驱控到中高性能通用伺服驱控,长于控制的MCU单芯片方案都是最常见且最受欢迎的,而且现在VC/FOC功能几乎已成为电机MCU的标配,是体现控制能力的核心竞争力。虽然严格来说,VC和FOC二者概念上是有差异的,但在大多数场景里,二者指的是同一种控制方法。VC矢量控制(Vector Control)将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最优方法之一。VC矢量控制不仅解决了自然坐标系上实现电机速度、电流闭环负反馈控制难的问题,而且保证了优良的速度、转矩输出性能,在工控、汽车、家用、3D打印等行业得到了迅速的发展,成为主流电机控制的基本架构,其控制原理如下图所示:

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图1 VC原理

如上图所示,VC矢量控制的核心源自于闭环负反馈,因此其带宽是电机控制产品最重要的衡量指标之一。具体来说,高带宽能够带来更快的指令响应时间和更优异的高频扰动抑制能力,这种能力最终体现在电机层面上的是更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音和电机抖动。

而代码执行时间决定了带宽,是电机控制产品不可逾越的指标之一,这也造成了目前市场上电机控制产品性能输出有差异的现象。归根结底,电机控制的差异取决于芯片性能。其限制因素特别体现在以下三个方面:

  • 主控芯片主频限制:芯片主频不够高,无法做到高速运算,以及提升带宽;

  • 外环代码执行限制:内环代码通过原厂提供的硬件化方法可以执行很快,但是外环代码执行依旧不够快;

  • 代码硬件化限制:芯片所有代码硬件化,却产生了开发难以及无法做一些常见电机控制算法等问题。

因此想要实现更优秀的控制性能,电机控制MCU的选择非常关键。上海先楫半导体已经量产的RISC-V内核HPM6700/6400系列芯片抓住了上述主要矛盾,通过提升主频来解决电机控制行业的痛点,得益于RISC-V本身的简洁性和模块化设计,CPU能运行在更高的频率,带来更高的性能。以HPM6700/6400系列芯片为例,参数如下图所示:

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图2 先楫HPM6700/6400系列芯片

HPM6700/6400系列高性能MCU展示了先楫半导体高性能芯片的研发实力,HPM6700/6400系列主频高达816MHz,不仅能够解决上文提到的电机控制性能的三大限制,而且契合现在电机多核驱控一体的发展趋势。HPM6700/6400系列还为电机系统提供了精度达2.5ns的4组共32路PWM输出以及4个正交编码器接口和4个霍尔传感器接口,完美适配高性能电机控制和数字电源运动控制系统。

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先楫HPM6000系列芯片的1us电流环 3.png

图3 案例时序

案例使用先楫HPM6000系列芯片—HPM6400系列与HPM6300系列,采用图3所示的电流环时序,分别使用HPM6400系列与HPM6300系列芯片实测VC矢量控制中的电流环执行时间。具体而言:从提升电流内环带宽的角度出发,将图1中的VC结构划分为外环(位置速度环)、内环(电流环),如图4所示:

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图4 等效VC结构

在VC矢量控制中,由于采用了坐标变换,dq轴电流在稳态情况下都是直流给定,而只在加减速或者突加减负载的时候,速度环会等效输出一个阶跃指令,电流环的带宽就是电流环能够以多快的速度去响应这个指令,带宽越大响应越快。所以说电流环执行时间直接决定了电流环的带宽,是电机控制产品必须考量的指标。

结果,先楫半导体已量产系列芯片实测的电流环执行时间如下图所示: 5.png

图5 HPM6400、6300系列芯片电流环执行时间实测数据

如图5所示,HPM6300系列芯片的电流环执行时间接近1us,HPM6400系列电流环执行时间更是控制在1us以内,该优势不仅能够提升带宽,更是说明了先楫高性能芯片能够带来高速运算能力,实现复杂电机控制算法(如多电机同步、参数辨识、SVC(Senseless Vector Control)、谐波注入等)与电流环的同步,甚至是以更高的频率执行。在高性能先楫HPM6000系列芯片的加持下,电机产品能够不失精度地展现出更优异的控制性能。

高性能电机控制 

HPM6000系列芯片介绍

HPM6700/6400系列为HPM6000系列的旗舰产品,采用RISC-V内核(*67为双核,64为单核),主频达816MHz,凭借先楫半导体的创新总线架构、高效的L1缓存和本地存储器,创下了高达9220CoreMark和高达4651 DMIPS 的MCU性能新纪录。

除了高算力RISC-V CPU,HPM6700/6400系列产品还创造性地整合了一系列高性能外设,包括支持2D图形加速的显示系统、高速USB、千兆以太网、CAN FD等通讯接口,高速12位和高精度16位模数转换器,面向高性能电机控制和数字电源的运动控制系统。

HPM6300系列是HPM6000系列的另一款力作,采用单核32位RISC-V处理器,主频超过600 MHz,性能超过3390CoreMark和1710 DMIPS。同时,HPM6300系列支持双精度浮点运算,模拟模块包括16位模数转换器,12位数模转换器和模拟比较器,配以多组纳秒级高分辨率PWM,为电机控制和数字电源应用提供强大硬件支持。

来源:先楫半导体HPMicro

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围观 29

本文导读

NXP推出的S32K3XX系列微控制器在电机控制方面具有丰富的外设资源,相比较上个系列S32K1xx来说,控制方式有明显的不同。S32K3xx微控制器通过eMIOS、LCU、BCTU和ADC等硬件外设对电机实现控制,显得更加灵活和方便。

NXP S32K3xx系列微控制器,相比较上个系列S32K1xx来说存在着诸多亮点,从主频,外设资源、安全等级以及安全加密等都有很大的提升。虽然S32K3是S32K1的升级版,但是很多外设以及功能实现方式却完全不同。单纯从电机控制方面来说,S32K3xx硬件外设eMIOS、LCU、BCTU和ADC的组合方式,相比较S32K1xx的FTM、PDB和ADC明显不同,对电机的控制更加灵活方便。

S32K3xx系列微控制器具有生成PWM、输入捕获和输出比较功能的eMIOS、可以自由灵活配置的小型FPGA外设LCU、专门为了方便控制ADC触发的BCTU和多路ADC通道。S32K3这些硬件资源足以对PMSM、BLDC和ACIM等电机进行控制。下面一起来了解S32K3xx eMIOS、LCU、BCTU和ADC外设的功能介绍。

eMIOS

eMIOS(Enhanced Modular IO Subsystem,增强型模块化IO子系统),该外设主要用于生成PWM、捕获外部信号和输出比较。eMIOS内部有计数总线机制,可以支持各通道使用不同的时钟频率计数,且每个通道都是独立,可以自由配置各种模式。
eMIOS通道可以配置的模式按照功能可以分类如下:

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以S32K344举例,其具有3个eMIOS实例,每个emios实例具有24个通道,每个通道有四种通道类型(X、Y、G和H)区分,比如Y类型通道就只支持SAIC\ SAOC\ OPWMB\ OPWMT功能,其他通道类型支持的模式可以在用户手册自行查找。
但并不是所有模式只要一个通道配置成该模式,该模式功能就可以实现的。有些模式是需要用另一个通道配置成计数总线模式,用另一个通道给该模式提供时钟频率,该模式才可以正常工作。比如以OPWMT模式为例,手册规定OPWMT模式时钟必须是由MC或者MCB模式通道提供,所以就需要将一个通道配置成MC或者MCB模式去提供时钟,另一个通道配置成OPWMT模式才能起作用。

LCU

LCU(Logic Control Unit,逻辑控制单元), LCU用于创建小型组合时序逻辑电路,该外设主要是与eMIOS或者SIUL2外设组合使用,将eMIOS生成的PWM或者SIUL2输入的电平经过LCU进行查表操作,从而输出对应的PWM或者电平。因为LCU可以理解为一个FPGA,其实现逻辑电路的灵活性也给电机控制提供了更多可能性。
一个LCU内部由3个LC组成,一个LC具有4个输入和4个输出,同时还具有强制控制功能,如图1所示。LC将输入的信号,通过查找表(LUT)产生输出信号,可以通过TRGMUX给到对应的外设,而查找表(LUT)就是LCU的核心内容,可由软件自由设置。用户可以使用LCU编程为与或非和异或等逻辑器件,也可以编程为S-R触发器,D触发器,JK触发器,增量编码器以及ACIM、PMSM和BLDC电机控制器。

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图1  LCU内部框图

eMIOS+LCU组合使用

eMIOS和LCU的组合使用需要借助TRGMUX进行连接。以产生互补的PWM为例,如图2所示,eMIOS产生的PWM,通过TRGMUX连接到LCU其中一个LC的输入,LC内部进行查表,从而在LC的输出端产生一对互补的PWM波形。

3.jpg图2 eMIOS和LCU组合使用

这上面只是eMIOS+LCU的一个应用,还可以有其他的应用方式,具体要根据实际场景进行使用。

ADC

S32K3XX系列微控制器ADC具有可选分辨率:8/10/12/14 bit,转化结果始终为15bit宽;在80MHz转化时钟下采样和转化时间约为1us,即高达1M samples/sec,且转化精度为+/-6LSB。

S32K3XX系列微控制器最多有3个ADC,每个ADC具有8个精密通道,16个标准通道,和最多支持32路外部通道,这三种通道的转化优先级顺序为:精密通道>标准通道>外部通道。其中精密通道和标准通道是实实在在可以在芯片引脚上可以找到复用引脚的,但外部通道却不一样,看手册描述一个ADC支持32路外部通道ADC,但看说手册发现一个ADC的外部通道输入引脚就只有4个,那么怎么支持32路外部通道呢?
每个ADC提供三个外部解码信号(“MA”),用于从外部多路选择器选择一个通道(最多八个)输入到ADC的外部通道引脚,如图3所示。因为一个ADC有4个外部通道输入引脚,就可以有四个8通道数据选择器,所以最多连接32个外部通道。需要注意的是,ADCx_MA是格雷编码的,因此它不会从0到7连续计数,它计数顺序为0、1,3,2,6,7,5,4。

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图3  ADC外部通道硬件实现框图

ADC支持三种转化模式:

  • 正常转换:支持一次转换和连续转换。

  • 注入转换:仅支持单次转换。注入转换可以在一组输入通道已经开始转化的过程中,注入另一组输入通道进行转换。

  • BCTU转换:由BCTU外设触发ADC,每次触发运行一次转换,转化支持单一和列表转化。

BCTU

BCTU(Body Cross-triggering Unit),BCTU外设可以理解就是为了方便控制ADC触发的外设。BCTU用于接收ADC转化请求触发输入,将请求路由到一个或多个ADC。BCUT触发源有三种方式:eMIOS定时器通道;TRGMUX输入和软件触发。BCTU具有多个并行转换功能,可以同时触发3个ADC同时进行转化,使用eMIOS同时触发ADC的框图如图4所示:

5.jpg图4 BCTU同时触发多个ADC

并且,BCTU还具有对ADC通道有重复触发的功能,支持单个通道转化多次、单个触发产生一连串的转化、以及转化过程中暂停,等另一个触发过来再转化等功能,同时每个ADC具有两个FIFO来缓存ADC转化结果。

应用场景

如图5所示是S32K3xx外设硬件对带霍尔传感器的无刷直流电机BLDC的控制框图。

6.jpg图5 S32K3xx对BLDC的控制框图

图中①路径是通过“eMIOS-TRGMUX-LCU”输出六路三相PWM,从而给到三相无刷电机预驱动器对电机进行控制;

图中②路径是通过“TRGMUX-LCU-TRGMUX-eMIOS”获取霍尔传感器的速度,通过TRGMUX和LCU结合,实现了根据霍尔信号硬件自动换向的,无需内核的干预。
图中③路径是通过“eMIOS-BCTU-ADC”或者eMIOS重装载时通过“EMIOS-TRGMUX-BCTU-ADC”触发ADC采集外部电压。

来源:立功科技

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围观 66

随着科技的发展,越来越多的领域需要用到双电机,然而,在市场上为双电机设计的控制芯片大多为M4内核,成本为比较高,得益于灵动微电子为电机控制设计的SPIN0280的超高性能,我们可以用M0内核来实现双电机的控制。

来源:灵动微电子
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围观 22

RX66T作为RX62T/RX62G/RX63T的后续产品于2018年11月推出,是一款适用于逆变器控制的产品。以RX66T为代表的RX-T系列主要用于空调外机和工业逆变器,在逆变器控制领域享有较高的评价。近年来,还广泛用于UPS、太阳能逆变器和EV充电器等电源控制应用中。——Kohei Aida(Senior Manager, Product Marketing)

瑞萨通过不断向社会推出符合客户需求的优质产品,为客户的创新做出了贡献。

这一次,某RX长期客户要求我们为高性能单电机控制提供最佳器件方案,用于下一代平台。从高性能和高功能的角度来看,RX66T是非常理想的候选方案,但本项目需要小型封装(48pin),以便将部件布置到现有的有限空间中,而RX66T最小的封装阵容只能达到64pin。因此,在客户需求的推动下,我们开发了RX66T的48pin产品。

关于RX-T系列的更多资料请复制以下链接到浏览器中打开查看:

https://www2.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/rx-32-bit-performance-efficiency-mcus/getting-started/applications/motor-control

RX66T拥有最多可同时控制4个电机的三相互补PWM输出资源,升级到48pin时,专门针对单电机控制进行了输入输出配置。48pin封装主体宽度为7mm×7mm,不仅可以保持和使用传统低端/中端产品一样节省空间,还可以提高系统的性能。

此外,RX66T是一款支持5V的抗噪单片机,RX家族独有的RXv3 CPU核在160MHz主频下拥有943CoreMark的出色性能。在48pin封装下,电机控制所需的模数转换单元由于配备了3ch同时采样和保持电路,可以同时对三相电机电流进行采样。

它不仅具有高性能的优势,还可以利用可编程增益放大器(PGA)和比较器等内置功能减少外围部件,并通过可信安全IP实现固件安全升级和加密通信等扩展能力。

RX66T 48pin产品系列已经开始发样和批量生产,预计将于今年秋季正式在市场上销售。

“工程师说

RX66T封装型号一览(左起)

  • 48-pin LFQFP 0.5mm pitch

  • 64-pin LFQFP 0.5mm pitch

  • 80-pin LFQFP 0.5mm pitch

  • 100-pin LFQFP 0.5mm pitch

  • 80-pin LQFP 0.65mm pitch

  • 144-pin LFQFP 0.5mm pitch

  • 112-pin LQFP 0.65mm pitch

这不仅帮助客户构建了下一代平台,还扩充了RX-T产品组合。我们将继续推出符合客户需求的优质产品,为客户的创新做出贡献。敬请期待瑞萨RX家族的进一步发展。

有关RX66T的更多信息,请点击链接:原文查看RX66T产品页。

围观 9

作者:Bhushan Patel(Sr Staff Product Marketing Specialist)

随着新冠肺炎疫情的流行,对消费电子产品和用品的需求不断增加,这对制造业的效率和可靠性提出了更高的要求。为了在面临劳动力短缺的同时高效利用工厂资源,制造商正在引入智能工厂实践,从而产生了对设备监控和多用途设备的需求。我认为,与高效利用工厂资源相关的技术创新将助推下一波工厂自动化浪潮。暂时的劳动力短缺增加了对商品的需求。

我们为迫切需要提高工厂效率的客户提供低成本的集成选择。我们提供支持EtherCAT从站的微控制器,以在工厂内执行机器人、AC伺服和AD驱动应用中的监控任务,并实现自主化、高效化的制造过程。

“工程师说

“工程师说

1、带与电机RSSK兼容的RDC-IC RX72M CPU板

  • 适用于BLDC电机的评估系统

  • 带解析器的步进电机评估系统

2、符合CiA402协议规范的示例代码(基于RX72M)

3、应用笔记和用户手册

● RX72M Group Encoder BLDC motor control using EtherCAT Communications

复制以下链接到浏览器中查看:

https://www2.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx72m-group-encoder-bldc-motor-control-using-ethercat-communications

“工程师说

“工程师说

● RX72M Group Resolver stepping motor control using EtherCAT Communications

复制以下链接到浏览器中查看:

https://www2.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx72m-group-resolver-stepping...

“工程师说

“工程师说

结合使用EtherCAT的电机控制时,这套解决方案极为高效。

来源:瑞萨电子
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围观 109

恩智浦新推出的LPC553x作为基于Arm Cortex-M33技术的LPC5500系列MCU的全新成员,具有高精度模拟外设和电机控制外设。LPC553x片内集成高达256KB的闪存、带奇偶校验和纠错码 (ECC) 的128KB的RAM、外部串行/四路/八路内存控制器,以及支持内存扩展的FlexSPI (具有即时加密和解密功能)。

这些细节令人耳目一新,同时该MCU集成多达8个Flexcomm (可任意配置为串行I2C/UART/SPI)、1个专用50MHz SPI、FS USB主/从设备和CAN FD。LPC553x集成的4个单端 (或2个差分) 16位ADC支持在12位模式下以2MSPS或3.3MSPS速度同时进行两次独立转换,并且最多有23个ADC输入通道。另外,LPC553x还提供带5个输入引脚的4个比较器、3个12位DAC、3个带可编程增益放大器设置的高精度运算放大器和1个高精度内部参考电平。

“LPC553x结构框图"
LPC553x结构框图

LPC553x的电机控制子系统有两个灵活的脉宽调制 (PWM) 模块,提供多达12个PWM输出、2个正交编解码器输入和2个AOI (And/Or/Invert,与或非) 模块,可直接馈入外设以实现快速响应。此外,MCU集成紧密耦合的数字信号处理器 (DSP) 和数学运算加速器 (PowerQuad),支持电机控制算法中使用的三角函数和CORDIC函数。

使用LPC553x实现电机控制

使用Arm Cortex-M33和PowerQuad实现的复杂电机控制算法优于使用传统的通用微控制器软件接口标准(CMSIS)DSP库的算法。下面的例子展示了AOI模块如何实现外设和输入/输出引脚之间的直接连接,从而完成电机控制子系统。

观看LPCXpresso55S36的MCUXpresso SDK电机控制示例,点击https://www.nxp.com.cn/video/mcuxpresso-sdk-motor-control-example-for-lpcxpresso55s36:LPC55S36-SDK-MC-EXAMPLE?cid=wechat_iot_205151

利用PowerQuad支持电机控制应用

LPC553x增加了8KB LP缓存,可加速对片上闪存的访问。LP高速缓存是一种8路、4路组关联的直写设计。对于32位宽的缓存数据路径,MCU支持总计8KB的缓存,并针对运行电源操作进行了优化。有了这个缓存,从闪存执行时Coremark性能可达到>4/MHz (迭代次数/秒)。

Clarke变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从三相坐标系转换为两相(α-β)正交坐标系:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

从两轴正交静止坐标系到三相定子静止坐标系的变换是使用Clarke逆变换完成的。Clarke逆变换由以下公式表示:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

Park变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从静止两相(α-β)正交坐标系转换为旋转两相(d-q)正交坐标系:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

逆Park变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从旋转两相(d-q)正交坐标系转换到静止两相(α-β)坐标系:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

查阅参考文件:GMCLIB用户指南Arm Cortex-M33F,点击https://www.nxp.com.cn/docs/en/user-guide/CM33FGMCLIBUG.pdf?cid=wechat_iot_205152

使用恩智浦实时控制嵌入式软件电机控制和功率转换库RTCESL软件支持上述电机控制算法,可以通过标准CMSIS DSP库和/或LPC553x中的PowerQuad (PQ) DSP加速器来实现。

PQ性能与标准CM33 CMSIS DSP库的对比如下所示:

“图表表明,在CM33没有对应指令的函数中,采用PQ实现时具有明显的优势"
图表表明,在CM33没有对应指令的函数中,采用PQ实现时具有明显的优势

使用AOI和交叉开关模块快速响应事件

为了快速响应特殊/时间关键事件,LPC553x配备了两个交叉开关和AOI模块。任何输入引脚和外设输入/输出都可以通过组合逻辑AOI模块连接到两个交叉开关XBARA和XBARB。概述如下:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

XBARA的20个输入 (与XBARB共用) 允许从外设或专用引脚中进行选择。XBARA最多可将16个输出连接到AOI的输入,形成组合逻辑。AOI的4个输出也可以添加到XBARB上,形成32个总输出。

AOI控制器是一个外设模块,连接来自各种设备模块的事件输入指示器,并生成可路由到外设间交叉开关或其他外设的事件输出信号。其编程模型通过标准的IPS(天蓝色)接口访问。

AOI模块的每个EVENTn输出是其四个专用输入(An、Bn、Cn和Dn)的组合函数。通过AOI和任何相关的外设交叉开关模块的传播时间为一个总线时钟周期。

以下是使用XBAR和GPIO模块实现电机控制的示例:

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

通过XBARA和GPIO模块的编程,可以立即处理对过流和电压等故障事件的特定响应(一个总线时钟周期)。

更高的模拟集成和更高的系统可靠性

随着LPC5500 MCU系列不断发展壮大,LPC553x不仅具备多种新特性,而且在许多方面提升了系列表现。LP553x系列提供了多方面的升级,例如增加了存储器容量、额外的输出和更快的输入/输出响应时间。

本文作者

“LPC553x系列MCU正式量产!为电机控制提供更强算力,更先进模拟特性"

CK Phua,恩智浦半导体微控制器产品经理。CK于1993年加入飞利浦半导体公司,曾担任质量、应用工程、产品工程和技术营销等多个职位。继飞利浦之后,CK在2012年加入飞思卡尔,飞思卡尔合并后加入恩智浦。CK现任边缘处理业务部微控制器的产品经理。

来源:NXP客栈(作者:CK Phua)
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围观 82

Holtek针对直流无刷(BLDC)电机控制领域推出BLDC专用微控制器BD66FM5250,导入了反电动势滤波器使得方波Sensor-less的启动及低速控制更加稳定,增加硬件乘除法器加快计算速度。适合各种方波与弦波BLDC电机产品应用。

“HOLTEK新推出BD66FM5250直流无刷(BLDC)电机控制MCU"

BD66FM5250具备8K×16 Flash ROM、2K×8 RAM、512×8 EEPROM及内部系统频率20MHz,拥有10+1个通道12-bit快速A/D转换器,并配置4组PWM输出/输入捕捉功能Timer。针对BLDC控制提供BLDC电机控制电路包含16-bit转速监控Timer、3组10-bit具Dead-time互补式PWM输出以及OCP过电流保护功能。

BD66FM5250通过内建3个比较器可用于Hall Element或Sensor-less位置侦测。硬件Cycle by Cycle电流保护控制功能,可直接设定输出电流的限制,电机得以在最大保护电流下持续运转。封装型式采用24SSOP、28SSOP与32QFN(4×4)封装。提供BD66FM系列无刷直流电机开发平台(BD66FM Series BLDC Workshop)可加快导入产品速度。

来源:HOLTEK
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围观 34

RX66T/RX72T主要特征

  • CPU/Accelerator性能

  • 定时器功能单元

  • 模拟功能单元

  • 功能安全

接下来我将具体说明关键特性。首先是CPU及加速器性能。

01、RX CPU内核一览

  • RXv3 CPU内核以5.8 CoreMark®/MHz提供业界领先的性能

  • 32位RX MCU满足电机控制和工业应用所需的实时性能和增强稳定性

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

RX66T RX72T采用了最新的32位CISC架构的RXV3内核。RXV3内核的处理能力达到了业界领先的5.8coremark/Mhz,采用了5级流水线作业、标配DSP指令、FPU浮点数单元等等。

02、超越其他32位MCU性能的RX66T/RX72T

  • RX66T性能高达928CoreMark,RX72T更是高达1160CoreMark的业界领先性能

  • 业界领先的MCU配合5V工作电压,特别适合高性能的电机控制系统

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

CM4:Cortex-M4

CM7:Cortex-M7

*Based on nominal values by EEMBC and each company

03、REGISTER BANK SAVE功能 [RX72T]

提升对紧急事件的响应速度

  • 通过加速对寄存器存取,提升响应速度

  • 专有的Save Register bank

  • 只有SAVE和RSTR指令可以访问Save Register bank

  • Save Register bank的数量:16 in RX72T

  • 减少响应时间,高效处理程序

  save:1 cycle,restore:3-6 cycle

“与传统产品比较(将数据保存到所有寄存器)"
与传统产品比较(将数据保存到所有寄存器)

“Save
Save Register bank’s target CPU registers
General-purpose registers(R1-R15), USP, FPSW,
Accumulator(ACC0、ACC1)

相对于传统的中断响应,采用缓存寄存器单元后可将响应时间减少一半以上。

04、三角函数数学运算单元(TFU)[RX72T]

提供快速/固定周期的操作:sinf&cosf x2.5~x5.6, atan2f x8.7~x13.9

此结果是CC-RX V3.01测量的参考值,这不是详尽的输入值。

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

RX72T还加入了三角函数硬件单元TFU。相对于查表方式的运算,TFU单元可将sin cos数学运算速度提升2.5~5.6倍,开方运算速度提升8.7~13.9倍。对于FOC等复杂的算法,可以起到非常大的帮助。

05、MTU/GPT定时器功能一览

通过两个定时器单元(MTU3,GPT)支持多种控制方式,减少软件负担

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

RX66T RX72T里面有多个timer单元。其中比较重要的是MTU3和GPTW。

两个timer单元MTU3和GPT支持多达17种的控制功能,比如三相互补PWM输出、左右不对称互补输出、死区时间控制、高分辨率PWM输出、输出保护功能、编码器输入计数等等,可以满足电机控制中的各种特定需求。

06、丰富的模拟功能(ADC,Comparator,PGA)

增强的模拟功能单元,易于使用!

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

PGA:programmable gain amp

S/H:sample&hold

RX66T RX72T配备有丰富的模拟功能

1)独立的3个12位ADC单元,其中两个单元支持三路采样保持功能,非常适合多电机的控制。

2)3通道同步采样保持电路,可实现对3路信号的同步连续采样,减少ADC转换时间。

3)内置运算放大器可支持单端输入和伪差分输入模式。伪差分输入模式支持负端输入,可减少共模噪声的干扰。

4)此外还内置了比较器和12位DAC模块。

07、安全功能

RX66T RX72T提供了工业级的高安全性功能

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(2)"

1)加入了Trusted memory来实现对flash空间的保护。

2)在加密功能方面,配备了硬件加密电路TSIP-LITE,支持AES、真随机数校验。同时还加入了芯片唯一ID号。

3)为防止外部非法访问,加入了ID CODE保护,ROM code保护等机制,有效防止编译器等非法访问,防止盲拷贝的风险。

4)访问保护方面,加入了寄存器写保护和内存保护单元,从而防止重要的寄存器或内存被非法篡改,防止程序跑飞。

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01、RX66T/72T在RX电机控制MCU中的定位

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)"

瑞萨电子拥有非常丰富的电机类控制MCU。而RX66T和RX72T是目前RX家族里面的旗舰级产品,非常适用于需要高精度、高实时性的电机控制应用。

02、RX66T特征一览-实现高精度和高效的电机控制

性能

  • 928Coremark:在支持5V电压的MCU中处于领先水平 

  • 比以往产品高出2.5倍的高性能

* 该值由瑞萨电子的磁场导向控制程序测量。

变频控制外设

  • 160MHz PWM(Max:3相互补4通道或者五相互补两通道或者单相互补10通道)

  • 支持最小195皮秒调节的高分辨率PWM

功能安全

  • 电机系统安全硬件保护单元

  • 专门的硬件加密模块,极大程度地提高了系统安全性

电机解决方案

多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制

  • 多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制开发 

  • 支持实时调试的辅助工具Renesas Motor Workbench 2.0

03、RX66T功能框图

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)"

RX66T采用了瑞萨电子自主IP的第三代RXV3内核,高达160MHZ主频。

  • 支持2.7到5.5V的宽电压工作,配备单精度PFU单元及DSP指令;

  • 支持最大1兆的code flash、128KB的SRAM以及可替代EEPROM的32KB data flash;

  • 模拟功能方面,配备三个独立的12位ADC单元。其中两个单元支持3路采样保持电路,而且内置伪差分运算放大器、12位DAC、比较器和温度传感器;

  • 拥有多重的安全性和加密性功能,我将在后面具体阐述;

  • 连接性方面,支持USB、CAN、SPI、I2C等多种接口;

  • 通过多个的timer单元,可实现对多达四个电机的同步驱动。

此表显示了最大规格,细节取决于零件编号。

*1. 后台操作

*2. 高分辨率PWM:4路

04、RX72T特征一览-实现高精度和高效的电机控制

性能

  • 1160Coremark:在支持5V电压的MCU中处于领先水平  

  • 三角函数数学运算单元,优化坐标变换/位置控制/相位控制

电机控制外设

  • 200MHz PWM(max:3相互补4通道或者五相互补两通道或者单相互补10通道)

  • Register save bank提升中断响应速度

功能安全

  • 电机系统安全硬件保护单元

  • 专门的硬件加密模块,极大程度地提高了系统安全性

电机控制方案

  • 多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制开发 

  • 支持实时调试的辅助工具Renesas Motor Workbench 2.0

RX72T相对于RX66T,在CPU处理能力及功能单元配置上进行了增强。

05、RX72T功能框图

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)"

RX72T在RX66T的基础上,进行了几个方面的强化。首先是CPU主频提升到200Mhz,此外加入了两个非常重要的功能单元:寄存器缓存单元及三角函数硬件单元。

此表显示了最大规格。细节取决于零件编号。

*1. 后地面操作

*2. 高分辨率PWM:4通道(当使用超过160MHz时,有限制)

06、产品路线图

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)"

这是RX66T和RX72T的产品路线图。包括64pin、80pin、100pin、112pin和144pin的多种封装,ROM空间从256KB到1M可选。其中64pin、80pin、100pin封装可支持最多3个电机的同步驱动,而112pin及144pin可支持最多四个电机的同步驱动。

07、RX66T/RX72T应用示例

-单芯片实现3-phase inverter x3或x4

“32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)"

1、单芯片实现3-phase inverter x3 或 x4

-GPTW timer提供多功能的3-phase互补PWM输出(3个电机驱动)

-MTU3d也可以驱动2个电机

-MTU3d+GPTW可以驱动多达4个电机(only 112/144pin)

2、同步处理3-shunt x2电流检测

-通过PGA&S/H x6可实现同步处理3-shunt ×2. PGA(差分输入方式)可减少外部噪声干扰

-3个独立的ADC单元

3、减少外部元器件

-内置reset电路,E2PROM,op-amp,comparator

4、功能优化,实现安心的电机控制

-Comparator x6ch可检测异常情况

-输出保护电路(POEG)可强制关断PWM输出

5、增强的安全性

-集成功能,支持IEC60730安全标准Class B(Fail-Safe)

-实现系统自动防故障,减少软件负担

PGA: Programmanle gain amp, S/H: sample & hold circuit
* The left figure only shows an image, not the actual layout.

目标应用

  • 高端变频空调、洗衣机、通用变频器、机器人等。

借助于RX66T RX72T高性能的RXV3内核及丰富的功能单元,可以轻松实现最多四个电机的单芯片驱动系统。这里以三电机加传感器的应用为例。

  • 两个timer单元GPTW和MTU3可实现PWM波控制及位置传感器反馈控制。

  • 可实现0到100%占空比的三相互补PWM波输出,自动插入死区时间及自定义时间启动ADC。

  • 反馈控制,可捕获从编码器过来的位置及速度反馈信号。

  • 加入了PWM输出使能单元POE,可以在异常情况下快速关断MTU和GPT的PWM输出,整个过程不需要软件参与,对电机进行快速安全保护。异常情况包括通过比较器抓获的过流过压,时钟工作异常,PWM波输出异常等情况。

内置三个独立的高速12位ADC模块,可实现无位置传感器的电流反馈控制。

  • 最快达到1us的高速转换速度。

  • 支持三路采样保持电路,可实现对三相电流的同步连续采样。

还有内置的比较器和伪差分运算放大器等,进一步减少BOM成本。

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王雅洁,高级工程师,汽车数字产品营销部,汽车解决方案事业部,瑞萨电子有限公司

由于全球各地的环保监管日趋严格,汽车电气化趋势加快了混合动力汽车(HEV)的发展,电机独立控制和同步工作变得更加复杂。为了满足要求,需要处理高通信负荷并进行更多诊断工作,以达到目标ASIL安全等级。显然,优化这些工作的解决方案是将多个逆变器控制系统集成到一个ECU中,由单个高度专业化MCU进行操作。

按照这样的概念,多个逆变器控制环路之间的同步可在一个控制器内部实现,从而实现高通信带宽和低延迟。此外,由于选择了符合ASIL标准的目标器件,诊断和功能安全的实现将变得更加简单。集成解决方案的另一大优点是高度优化的物料清单(BOM),它可减小元器件所占空间,这对于整体系统的概念设计而言都是非常受欢迎的。

瑞萨RH850/C1M-Ax微控制器(MCU)提供了用于电力驱动的新一代逆变器,适合成本高度优化的ASIL-C汽车驱动电机控制系统。这款MCU的关键特性有利于降低整体系统成本。这些特性包括:

● 嵌入式电机控制IP(EMU3),可以降低CPU负载并实现更多功能集成;

● 嵌入式旋转变压器数字转换器(RDC),可以减少元器件数量并减少占用PCB空间;

● 这款MCU可以连接多种类型的位置传感器,例如旋转变压器和电感式传感器。

瑞萨电子为RH850/C1M-A2推出的“易于入门计划”包括提供样例、硬件入门套件、所需的文档、MCAL以及其他应用相关软件,让用户能够在线评估此产品解决方案。

详阅请点击下载《易于入门,适用于驱动电机控制的32位MCU RH850/C1M-A》

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