笙泉

储能电源结构

储能电源拆解后可以分为三块功能板:前面板、BMS板、逆变板。这三块功能板均可以采用笙泉Megawin的MCU。

之前的文章,我们曾讲述储能电源前面板中使用的MCU以及储能电源BMS板上使用的MCU,还未看过这两篇文章的朋友可以再往前翻阅查看。

前文:

笙泉MCU在储能电源中的作用(1): 前面板

笙泉MCU在储能电源中的作用(2): BMS板

而这一期,我们将着重讲解储能电源中,逆变板使用的MCU。

逆变器简介

简单地说,逆变器就是一种将直流电(DC)转变为交流电(AC)的电子设备。因为我们通常是将220伏(V)交流电(AC)整流变成直流电(DC)来使用,而逆变器的作用与此相反,因此而得名。

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图: 储能电源逆变板的结构图

那么,直流要如何转单相交流电,以向各种电器进行供电呢?答案是透过H桥电路和弦波PWM (请参考底下的图)。

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中国大陆地区家庭用电一般是单相电,因此,只需要用H桥做单相频率50Hz的弦波PWM即可,只要透过周期性的改变PWM占空比,就可以实现输出一个弦波。

MG82F6D系列

笙泉Megawin 8位MCU MG82F6D32/64配备32/64KB的Flash,同时CPU频率最快可达36MHz,可以满足储能电源中,逆变器的程序部分的使用需求。

此外,MG82F6D32/64的PWM时钟源最高可达144MHz,同时还带有死区控制,保护MOS,在如此高的PWM可细腻地调节PWM占空比,让输出的弦波更加线性,更好地满足交流用电器的供电需求。

不仅如此,MG82F6D系列带有12bit 1.2Msps ADC,能精准测量电池的电压和充放电电流。同时,MG82F6D系列出厂内置校准过的内部参考电压,助力ADC采集精度更上一层楼。

MG82F6D32/64还内置了最多3组轨对轨比较器,可用于快速过压和过流检测并产生中断,且比较器支持睡眠模式继续工作的功能,保障逆变系统的安全。

MG32F02A系列

笙泉32位MCU MG32F02A系列配备32/64/128KB的Flash,完全可以满足储能电源的逆变板的使用需求。

MG32F02A系列主频达48MHz,带32位硬件除法器, 与8位MCU相比,它可节省大量弦波计算花费的程序空间和时间。

再者,MG32F02A系列的PWM时钟源最高可达48MHz,同时还带有死区控制,足够输出50Hz的弦波PWM。同时,最高16位PWM输出,可以非常细腻的调节PWM占空比。

MG32F02A具备最高1.5Msps的12位ADC,内置4倍放大64阶细分的可编程放大器(PGA),可以用于检测电流等功能且不容易因OP放大倍率过高而截止。此外,MG32F02A064/128还支持2.4V ADC内部基准电压,进一步加强ADC采集精度。

MG32F02A系列也带有2组比较器,足以逆变板使用,且MG32F02A064/128还内置12bit电压型DAC,并可以输出到比较器中充当比较电压,节省外部搭比较电路的成本。

应用框图

3.png来源:megawin笙泉科技

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高成长的工控应用市场

MCU(微控制器)的功能日趋完善, 也逐渐被应用到各产业,其中工业控制是MCU仅次于汽车电子的第二大应用市场,工控MCU占中国MCU市场的12%,2021年产值约35亿RMB (依据: IC Insights和前瞻产业研究院整理资料)。

笙泉科技近年产品皆以开发工规等级芯片为主,以-40~105℃ 工规温度需求与高质量的抗干扰为主要利基点,且在中国大陆工控市场已打入多元相关应用,已成功打入的相关应用设备如: 工控自动机台与工业遥控设备、工业仪表/电表与检测仪器、PID 控制与工控 process control、水控系统与农业自动化、光电开关与光纤转接、停车场与门禁网关控制、电梯显示面板、太阳能充电板、户外传感器…等。

MCU在工控应用上,其耐受温度范围、稳定性、可靠性、不良率等要求都比应用于消费电子产品更为严苛,这对MCU的设计制造、封装测试流程都有较高水平的质量要求。而笙泉的MCU芯片以其可靠性高、抗干扰能力强、高精度、速度快、效率高等特点,恰好能满足更严苛的工控应用要求,并赢得市场和业界的认可。

8位MCU: MG82F6D系列

6D系列MCU具备高速模拟输入、硬件检查机制、高速讯号传输、高规格抗干扰、高速PWM、独家Keil Wizard工具…等特色(如下图),能实现的工控应用也十分广泛 。

6D家族强悍特色

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笙泉后续的拓展:

1. 针对无线充应用,笙泉科技即将推出带有硬件endecoder功能的8位机,来实现PD加速 (PD: Power Delivery) 。

2.工业仪表与家电主板: 升级版5B32

升级版5B32系列其CPU主频提升到了32MHz,系统频率则提升到50MHz,对用户的一些译码或算法运算有很大的速度提升。旧版5B仅支持10位ADC/200K转换率,而升级版5B系列则可达到12位/400K转换率。升级版5B系列也保留了原有的倍频器特色,96MHz PWM时钟源, 可应用在雾化器、BLDC、家电主板、工业仪表, 衡器…等方面。

此外,升级版5B系列可选内部参考电压作为ADC基准电压(选2.4V) ,在12bit ADC情况下加强精度。此系列也提升至符合工规等级的温度规格范围(-40~105℃ ) (详见底下表格) 。

笙泉8051 新5B系列

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3.BLDC马达控制方面: 

笙泉陆续推出BLDC有感系列MCU,包括MDRH40、MDRHA0、MDRH05, 以及另有MDSF40(无感系列), 这些方案可适用于小型风扇、冷气排水泵、离心风机、风筒…等BLDC应用产业。

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另外,随着工业控制的可靠性及稳定性要求的提升,笙泉M3系列产品也能满足多元缤纷的应用,诸如工控、工业仪表、电机控制、电梯控制、户外储能、热敏打印机、高端智能电子锁、安防设备、四轴航模…等各种领域。然而,近年来CAN总线在众多应用场景中也得到广泛的应用,因此笙泉M3带CAN总线的全新MCU也很快会跟大家见面,敬请期待。

来源:笙泉MCU在工控方面的应用(1)笙泉MCU在工控方面的应用(2)

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FOC控制概述

FOC(Field-Oriented Control)即磁场定向控制,也称矢量变频,是目前高效控制无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)的最优选择。无刷直流电机(BLDC / BLDCM: Brushless Direct Current Motor)克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。FOC 能精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。

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基于FOC机制来感测和控制 BLDC,因此它不需要外部霍尔组件。也可适应电机电流的变化,能完善地运作于可变转矩负载应用,最终提高电机功率因子。目前FOC机制已在很多应用上逐步替代传统的控制方式,在运动控制行业中备受瞩目。

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FOC框图

上面框图不难看出FOC的原理复杂、计算量大,所以需要很高成本的控制器,这也使得FOC在很多应用场景下需要设置更多软件人才来处理复杂的演算法。

笙泉BLDC MCU: 应用于FOC无感控制

为解决以上复杂软件问题,笙泉BLDC MCU的FOC无感控制系列采用双核设计:8051内核+ MOC(电机控制: Motor Controller)内核(如下简易架构图所示)。8051内核用于对MOC的参数配置和其它日常事务控制,MOC内核用于完成电机的FOC运算控制。繁琐的FOC运算控制不再由软件完成,而是交给硬件MOC去处理,不需要大量Flash 空间来写演算法,这也是笙泉BLDC MCU的一大优势。笙泉的无感MDSF40 / MDRFD0系列可应用于新风机系统、低压吊扇、高转速风筒…等,亦提供完整的参考设计予客户。

MDSF40 简易架构:

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MDRFD0 简易架构:

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3相PMSM/BLDC FOC 无感MCU

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* * * (未完待续) * * * 

来源:megawin笙泉科技

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BLDC控制概要

无刷直流(BLDC)电机是一种普及的电机类型,目前应用在家电,医疗,工业自动化设备和仪器等行业中。无论是日常设备或较复杂的机器常会使用到无刷直流电机(BLDC),才能将电能转换为旋转运动。两者原理类似, 但BLDC需要一个复杂的控制器来将直流电元转换为三相交流电源, 而有刷可以通过直流电压轻松控制。

BLDC 相对于传统有刷电机,使用电子换相代替了电刷换相,它有许多优点,其中包括:更宽的转速范围、更低的噪音、更快的动态相应、更高的效率。此外,由于输出转矩与电机体积之比更高,可以使用于更小空间和更轻重量的应用需求。再者,BLDC需要的维护也较少,因此和有刷直流电机相比寿命较长,与同等的有刷直流电机相比拥有更大的输出功率。因此在过去几十年中, BLDC马达也越来越受欢迎,且已在许多应用中取代有刷直流电机. (详见下表比较)

无刷直流电机(BLDC)和有刷电机之比较

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无刷直流电机(BLDC / BLDCM: Brushless Direct Current Motor)克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。


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BLDC分有感和无感(sensorless),在驱动方式上分方波和弦波控制。在采用通用MCU的方案中,需要一条条指令去实现方波/弦波的控制,开发周期长,也占用了MCU大量的效能。笙泉电机MCU方案只需简单的寄存器指令,即可实现完整且有效率的电机方波/弦波控制,轻松简单的解决了上述问题。

BLDC相关应用

笙泉科技推出的MDRHx系列包含MDRH05/ MDRH40 / MDRH A0,是高度集成的电机驱动控制器。该系统由无刷直流电机MCU和40~100V三相门驱动器组成,适用于直流40V或100V以下电机系统,其相关应用例如: 家用风机水泵、电信风机、伺服风机/离心风机、低压立扇、吸顶扇、空气净化器、低压空调排水泵、低压热水器强排、扫地机器人、电动工具 …等。

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笙泉电机MCU作用于BLDC

MDRHx有感系列:内含8051内核MCU、MOC (Motor Controller:电机控制)、支持霍尔组件和霍尔IC、支持闭环速度控制。内建8K Flash/256B IRAM/256B XRAM、UART、8-ch ADC、PWM捕获、OCP(过流保护)。包括不含电源驱动与整合前驱(Gate-driver)的整合型方案,可满足完整高/中/低压型应用需求。

MDRH05:不含前驱

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MDRH40:含40V P/N前驱


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MDRHA0:含100V N/N前驱,5V LDO


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笙泉BLDC MCU系列規格表:


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来源:megawin笙泉科技

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前文:笙泉MCU在储能电源中的作用(1)

储能电源结构

储能电源拆解后可以分为三块功能板:前面板、BMS板、逆变板。这三块功能板均可以采用笙泉科技Megawin的MCU。

上一次,我们着重讲解了储能电源的前面板中使用的MCU,那么这次,我们再进一步讲解储能电源的BMS板。

相比前面板,BMS板的MCU需要做的事情就单纯很多,一般来说就是对电池包的电压、充放电流以及电量进行管理,维持电池的稳定性,保证整个系统的正常工作,因此对MCU的要求自然就是ADC以及比较器,和有需要传输电量数据到前面板的需求,一般使用UART或者IIC就足够了。此外,储能电源属于多串数电池应用,需额外搭配LDO(线性低压差稳压器) 转换至低压稳定供电给MCU。

MG82F6D32系列

笙泉科技Megawin 8位MCU MG82F6D32/64配备32/64KB的Flash,同时RAM空间达2/4KB,完全可以满足储能电源中BMS 程序部分的使用需求。

此外,MG82F6D32/64系统最高可达48MHz,CPU频率可达36MHz,可以满足BMS板的算法运算和调度需求。

不仅如此,MG82F6D系列带有12bit 1.2Msps ADC,能精准测量电池的电压和充放电电流,同时,MG82F6D系列出厂内置校准过的内部参考电压,助力ADC采集精度更上一层楼。

MG82F6D32/64系列还内置了最多3组轨对轨比较器,可以用于快速过压和过流检测并产生中断,且比较器支持睡眠模式继续工作的功能,保证BMS系统在MCU休眠时依旧正常检测过压过流的功能,保障BMS系统的安全。

MG32F02A系列

笙泉科技Megawin 32位MCU MG32F02A系列配备32/64/128KB的Flash,完全可以满足储能电源中,BMS板的使用需求,甚至有空间为将来的OTA预留空间。

MG32F02A系列主频达48MHz,带32位硬件除法器,可节省大量电量计算花费的程序空间和时间。

MG32F02A的12位ADC,最高1.5Msps,内置4倍放大,64阶细分的可编程放大器(PGA),可以用于检测电流等功能且不容易因OP放大倍率过高而停止。此外,MG32F02A064/128还支持2.4V ADC内部基准电压,进一步加强ADC采集精度。

MG32F02A系列也带有2组比较器,足以BMS板使用,且MG32F02A064/128系列还内置12bit电压型DAC,并可以输出到比较器中充当比较电压,节省外部搭比较电路的成本。不仅如此,比较器功能还支持睡眠模式下继续工作的功能,让BMS芯片在周期性的休眠中,一直保持比较器的工作,不漏任何一瞬间的过压过流风险。

应用框图

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MG82F6D系列规格

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支持代码保护

*1支持仿真器,SOP8 除外;

*2支持SPI 主端;

*3 支持Watch 模式;

*4 支持S/W 设置;

*5 内部 RC 振荡器有 12MHz 和 11.059MHz,默认使用 12MHz的 RC 振荡器。

    频漂:±1%,25℃;±2%,-40°C ~105°C。

MG32F02A系列规格

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*1 支持仿真器

*2 支持SPI 主端

*3 和Flash ROM 区共同空间

*4 CCP: (捕获/比较/PWM)模块

*5 高级UART模块x3:支持SPI主机/从机(UART 0/1/2模块)

    基础UART模块x4:支持标准UART模式(UART 4/5/7模块)

*6 高级SPI模块x1:支持SPI/QPI/OPI (SPI 0模块)

    基础SPI模块x3:支持标准SPI模式(可配置 UART 0/1/2模块)

LDO (MGR2105) 规格

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*Adj: 可调电压.

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来源:megawin笙泉科技

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围观 33

便携式储能电源行业在近两年迅速崛起,越加吸引众多终端厂和MCU芯片商投入开发,在技术创新的较劲也成为主要赛道之一。依据” 2022年中国便携式储能电源行业研究报告“,预计未来便携式储能电源行业市场规模将持续增长,2026年将达到882.3亿元;2020年全球91.9%的便携式储能电源由中国生产,所有便携式储能电源中有47.3%销往美国。

便携式储能设备,通常简称为 “户外储能电源”,系指内置锂离子电池的小型储能设备,带电量通常落在1000~3000Wh区间(即存储1~3度电)。随着全球户外运动的爆火,户外活动是便携式储能电源占比最大的应用领域,占43.6%;这些户外活动包括如野餐、露营、摄影、垂钓、自驾游等户外消费,带动了户外电源的需求。另一方面,户外电源也可以作为家庭的应急电源使用,其需求也在升级换代。其他相关应用领域尚有: 医疗救援、户外工程作业…...等。

兹此我们会陆续开始为您分集概略解析储能电源结构、相关应用,并介绍笙泉科技可搭配的相关 MCU方案 (MG82F6D / MG32F02A......等系列)。

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(图片来源: 电小二户外电源)

储能电源结构

储能电源拆解后可以分为三块功能板:前面板、BMS板、逆变板。这三块功能板均可以采用笙泉科技(Megawin)的MCU。本文将先介绍前面板中使用的MCU。一般来说,前面板的MCU需要做的事情很多,包括LCD显示、USB端口插入检测、温度检测、BMS板数据采集计算、PD协议通信以及使能逆变板启动逆变的功能。因此大容量Flash和RAM是必须的。

MG82F6D系列

笙泉科技8位MCU MG82F6D32/64配备32/64KB的Flash,同时RAM空间达2/4KB,完全可以满足储能电源中,前面板的程序部分的使用需求。

此外,MG82F6D32/64系统最高可达48MHz,CPU频率可达36MHz,可以满足前面板的算法运算和调度需求。

不仅如此,MG82F6D系列ESD HBM模式可以达到8KV,MM 模式达450V,工作温度范围是 -40 ~ 105°C,在寒冷干燥的冬天,可很好地抵御来自外界的静电干扰。

MG32F02A系列

笙泉科技32位MCU MG32F02A系列配备64/128KB的Flash,完全可以满足储能电源中,前面板的使用需求,甚至有空间为将来的OTA预留空间。

MG32F02A系列主频达48MHz,带32位硬件除法器,可节省大量电量计算花费的程序空间和时间。

MG32F02A的12位ADC内置4倍放大,64阶细分的可编程放大器(PGA),为前面板检测USB端口的电流检测和空载检测节约了1个运放。

同样,MG32F02A系列ESD HBM模式可以达到6~8KV,工作温度范围也是 -40 ~ 105°C,很好地抵御来自外界的静电干扰。

应用框图

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* * * (未完待续) * * *

来源:megawin笙泉科技

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您不可不知的电池管理系統BMS

电池管理系统(BMS: Battery Management System)近几年持续热夯起来,它的应用也相当多元,诸如: 扫地机器人、电动工具机/园林工具机、无线吸尘器、充电咖啡机、电动自行车/二轮车/电动机车、UPS储能电源、充电桩、电动汽车…等。

简单来说,BMS是对电池进行管理的系统,电池通常使用可重复充放电的二次电池,防止电池过充电、过放电、温度异常等状况,否则会有起火爆炸、损坏、老化等危险性,因此有效管理电池对于产品来说是相当重要的。

BMS常见功能包括电压、电流、温度量测,需透过模拟数字转换器(ADC),将模拟讯号转换至数字讯号进行MCU运算,进而再估算出电荷状态(SoC)、电池健康度(SoH),另可透过通讯界面显示出电池容量%数、健康度%数。

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Megawin笙泉 32-Bit MCU应用于BMS

兹此,笙泉科技已推出高性能MG32F02A系列芯片的BMS电池管理系统解决方案,让产业客户能快速高效地设计出因应市场需求的BMS相关应用产品。MG32F02A 系列系以ARM Cortex-M0為內核,內建12-bit ADC功能,每串电池都需要一组ADC通道来检测,例如六串电池需六组ADC进行检测。MG32F02A 系列除了拥有多组外部通道进行检测外,每秒采样次数更高达1.5M,还内建最高4倍的PGA放大,适用于检测电流小讯号,无需外置放大器以减少零件成本;更具有设定阀值的取样范围过滤,消除单笔采样突波的异常讯号;并内建硬件累加器,可减轻固件演算的繁杂度,非常适合多串数电池的多路分压检测,以及电流检测电阻与NTC温度电阻分压检测;本系列也拥有多组丰富的UART/ IIC / SPI / QPI串口界面,可搭配多个外部模块沟通。

BMS简易架构

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多串数电池均衡重要性

而多串数电池在多次充放电使用下,因特性不同会有各串电量不均的情况,均衡电路可解决上述问题,其外置电路可通过MCU IO脚位进行控制,如六串电池需六组IO进行控制,且在韧体资源无需增加太多情形下,可选择相同型号并替换更多脚位的封装即可。

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推荐MCU: MG32F02A 系列

MG32F02A032 / MG32F02A064 / MG32F02A128系列具备32KB/64K/ 128KB Flash ROM的32-Bit Cortex-M0内核微控制器,内建4KB/8KB/16KB Data RAM,12-bit ADC组数高达16组通道,工作电压范围1.8V至5.5V,工作温度范围-40°C~105°C,具备20/32/48/64/80脚位数的TSSOP/QFN/LQFP封装,多组ADC适用于多串数电池分压检测,可涵盖多种不同应用场景,包括适用于工控、工业自动化、电动工具、马达、仪器仪表、BMS电能计量等应用领域。

MG32F02A 系列规格

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*1支持仿真器;

*2支持 SPI 主端;

*3和Flash ROM 区共同空间;

*4CCP: (捕获/比较/PWM)模块;

*5高级UART模块x3:支持SPI主机/从机(UART 0/1/2模块) 

  基础UART模块x4:支持标准UART模式(UART 4/5/7模块)

*6高级SPI模块x1:支持SPI/QPI/OPI(SPI 0模块) 

  基础SPI模块x3:支持标准SPI模式(可配置UART 0/1/2模块)

来源:megawin笙泉科技

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