電機(jī)（Electric machinery，俗稱“馬達(dá)”）是依據(jù)電磁感應(yīng)定律，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，其主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為用電器或各類機(jī)械提供動(dòng)力。

電機(jī)作為工業(yè)世界的動(dòng)力之源，幾乎用于所有電子設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球電力消耗的50%來(lái)自電機(jī)，尤其是工業(yè)用電中，約60%的電力被電機(jī)消耗。

電機(jī)種類繁多，應(yīng)用紛繁復(fù)雜。電機(jī)與人們生活息息相關(guān)，廣泛應(yīng)用到吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電，以及電動(dòng)自行車、電動(dòng)滑板、平衡車等騎行車輛。同時(shí)覆蓋發(fā)電、制造和運(yùn)輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域，包括泵、機(jī)床、壓縮機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景。而在車用電機(jī)領(lǐng)域，從電動(dòng)車窗、天窗、后備箱，到水泵、油泵、HVAC，EV主電機(jī)，電機(jī)都發(fā)揮著重要作用。 ?

作為動(dòng)力源，電機(jī)的工作環(huán)境非常惡劣，常常需要經(jīng)受熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、電流偏差、環(huán)境變化、自然老化等因素侵蝕而造成故障，嚴(yán)重甚至影響安全使用。因此，為了提升電機(jī)的性能和使用安全、延長(zhǎng)使用壽命，人們需要不斷提高對(duì)電機(jī)控制芯片的性能和品質(zhì)要求。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)電機(jī)控制芯片市場(chǎng)由歐美國(guó)際大廠主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)企業(yè)起步較晚，市占率較低。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)MCU不斷崛起，眾多國(guó)產(chǎn)廠商快速成長(zhǎng)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)積累已頗具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

芯海科技（股票代碼：688595）作為一家專注模擬IC的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司，憑藉“高性能ADC+高可靠性MCU”雙平臺(tái)驅(qū)動(dòng)，持續(xù)深耕智能家居、高端消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車電子等應(yīng)用領(lǐng)域，為通用市場(chǎng)及垂直細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)提供獨(dú)具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和解決方案。

當(dāng)前，隨著芯海在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)積累，持續(xù)推出基于32位MCU的電機(jī)控制應(yīng)用方案，在精度、可靠性、集成度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上媲美業(yè)界一流廠商，且為客戶提供穩(wěn)定供貨及本土化服務(wù)。

以下將分享幾個(gè)典型的芯?？萍茧姍C(jī)控制的應(yīng)用方案。

應(yīng)用一

車載水泵

隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，采用車載電子水泵成為大勢(shì)所趨。車載電子水泵通過(guò)帶有電子控制驅(qū)動(dòng)單元的水泵，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)提供智能調(diào)節(jié)散熱功能，滿足車輛在任何工況下的溫度需求和工作性能。 一般來(lái)說(shuō)，車載電子水泵的控制應(yīng)用要在具備控制水泵開(kāi)關(guān)、流量控制、壓力控制、運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)等功能集成上，滿足汽車的高集成設(shè)計(jì)、超長(zhǎng)續(xù)航的穩(wěn)定性需求。 芯?？萍糃S32F036Q是一款車規(guī)級(jí)高可靠性的32位MCU，采用Arm Cortex-M0內(nèi)核，工作頻率48MHz，集成多達(dá)32K字節(jié)Flash和4K字節(jié)SRAM，一個(gè)I2C/SPI、兩個(gè)USART（支持Software LIN）、專為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的12位高速ADC和增強(qiáng)型定時(shí)器、六個(gè)16位通用定時(shí)器、一個(gè)32位定時(shí)器、最多支持17路PWM輸出。

CS32F036Q通過(guò)AEC-Q100認(rèn)證，滿足車規(guī)級(jí)產(chǎn)品工作環(huán)境惡劣的要求，可實(shí)現(xiàn)單電阻無(wú)傳感器FOC控制，同時(shí)提供整套FOC控制算法支持，幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)方案開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品量產(chǎn)。

CS32F036Q車載水泵系統(tǒng)框圖

CS32F036Q的產(chǎn)品特點(diǎn)：

更寬的工作溫度（-40~105℃）

更寬的工作電壓2.0~5.5V

12bit 1M SPS采樣頻率的高速、高精度ADC，有效精度≥10bit

ADC工作范圍：2.4~5.5V，-40~105℃

±1%精度的低溫漂時(shí)鐘

低漂移基準(zhǔn)電壓及±2℃的溫度傳感器

CS32F036Q系統(tǒng)框圖

應(yīng)用二

電動(dòng)自行車

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近年來(lái)，隨著“新國(guó)標(biāo)”的落地，雙輪電動(dòng)車在智能化、強(qiáng)性能、安全性等方面不斷演進(jìn)，帶動(dòng)了新一輪的換車高峰。電動(dòng)車控制器作為雙輪電動(dòng)車的核心部件，迎來(lái)新的增長(zhǎng)。

芯?？萍?2位MCU CS32F031與CS32F103，作為電動(dòng)車控制器的主控MCU芯片，很好地滿足了雙輪電動(dòng)車、電動(dòng)三輪、共享電單車的高溫寬、高耐潮的應(yīng)用環(huán)境，以及PWM、ADC等高可靠性的功能要求。

CS32F031采用Arm Cortex-M0內(nèi)核，主頻高達(dá)48MHz，內(nèi)置1個(gè)功能豐富的高級(jí)定時(shí)器、1個(gè)10通道1Msps采樣率的高精度ADC、6個(gè)16-bit定時(shí)器（支持霍爾捕獲）。CS32F031采用5V供電，抗干擾能力強(qiáng)，成本更優(yōu)。

CS32F103采用ARM-Cortex M3內(nèi)核，主頻高達(dá)72MHz, 支持單周期乘法和多周期硬件除法運(yùn)算, 內(nèi)置1個(gè)功能豐富的高級(jí)定時(shí)器、2個(gè)共計(jì)16通道1Msps采樣率的高精度ADC、3個(gè)16-bit定時(shí)器（支持霍爾捕獲），支持7通道DMA傳輸，提供LQFP48/64/100等主流封裝形態(tài)。

CS32F031與CS32F103兩款產(chǎn)品均可滿足有感FOC控制的所有需求。

芯海科技CS32F031電動(dòng)自行車系統(tǒng)框圖 CS32F031的產(chǎn)品特點(diǎn)：

最高48MHz工作頻率

32K/64 Kbytes的flash 存儲(chǔ)器, 192B Flash 數(shù)據(jù)存儲(chǔ), 4K/8Kbytes的SRAM，帶硬件奇偶校驗(yàn)

VDD 電壓: 2.0 to 5.5V

內(nèi)部8MHz/14MHz RC高速振蕩器，典型情況下1%精度，內(nèi)嵌PLL

1路16bit高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1），每路有6個(gè)帶死區(qū)控制的PWM輸出通道

5個(gè)16位通用定時(shí)器，支持脈沖寬度測(cè)量和PWM波生成

1路12-Bit高精度ADC，采樣率高達(dá)1Msps，10個(gè)輸入通道

2個(gè) USART, 支持: ISO7816接口, LIN主從功能, IrDA傳輸編解碼; 2個(gè)I2C; 2個(gè)SPI

多達(dá)39個(gè)GPIO

CS32F031系統(tǒng)框圖

應(yīng)用三

變頻冰箱 ? 近年來(lái)，隨著國(guó)家能耗標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，高能效變頻家電成為主流應(yīng)用。變頻冰箱作為大白電的旗艦應(yīng)用，其市場(chǎng)占比不斷提升。隨著變頻控制技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，高性價(jià)比的32位MCU芯片作為變頻冰箱的核心控制器件，其市場(chǎng)滲透率也隨之穩(wěn)步上升。 芯?？萍糃S32F030系列MCU，可實(shí)現(xiàn)單電阻無(wú)傳感器FOC控制，同時(shí)提供整套FOC控制算法支持，幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)方案開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品量產(chǎn)。該系列提供LQFP32封裝，可大大提供產(chǎn)品良率。

CS32F030變頻冰箱系統(tǒng)框圖

芯海科技基于CS32F030K6T6設(shè)計(jì)的變頻冰箱應(yīng)用方案具備如下特性：

單電阻無(wú)感矢量控制

驅(qū)動(dòng)算法成熟，電機(jī)適配性強(qiáng)，匹配過(guò)主流壓縮機(jī)平臺(tái)（東貝、加西貝拉、恩布拉科）

啟動(dòng)算法成功率100%

支持過(guò)流、過(guò)壓、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命

高級(jí)控制算法支持：諧波抑制、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)?/p>

應(yīng)用四

變頻高速風(fēng)筒 ?

變頻高速風(fēng)筒以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、效率高、噪聲小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快而受到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。

面對(duì)新的市場(chǎng)趨勢(shì)，芯?？萍纪瞥龈哌_(dá)12萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速風(fēng)筒應(yīng)用方案。方案采用Arm Cortex-M3內(nèi)核的MCU主控芯片CS32F103，搭配芯海自研的智能IPM模塊CSPM405。在軟件方面，采用無(wú)傳感器FOC矢量控制，搭配公司最新電機(jī)控制算法，可實(shí)現(xiàn)速度扭矩雙閉環(huán)控制。

基于芯?？萍肌癈S32F103+CSPM405+最新算法”的高速風(fēng)筒方案具備如下特征：

三電阻無(wú)感FOC控制

最高轉(zhuǎn)速12萬(wàn)轉(zhuǎn)

支持速度轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制

支持過(guò)流，過(guò)壓，短路保護(hù)

良好的EMI/EMC性能

芯?？萍糃S32F103高速風(fēng)筒系統(tǒng)框圖

CS32F103的產(chǎn)品特點(diǎn)：

最高72MHz工作頻率

支持單周期乘法和硬件除法

64K/128KBytes的Flash存儲(chǔ)器，20KBytes的SRAM

內(nèi)部8MHz RC高速振蕩器，內(nèi)部40kHzRC低速振蕩器，支持4~16MHz晶體振蕩器

鎖相環(huán)(PLL),最高支持72MHz

3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入

1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器

2路12-Bit高精度ADC，采樣率高達(dá)1Msps，16個(gè)輸入通道

7通道DMA控制器, 支持的外設(shè)包括:SPIx,I2Cx,USARTx,TIMx,ADC

3個(gè)USART,2個(gè)I2C接口,2個(gè)SPI接口,1個(gè)CAN 2.0B接口,1個(gè)USB2.0接口

豐富的GPIO（LQFP48:37個(gè)，LQFP64:51個(gè)，LQFP100: 80個(gè)）

CS32F103系統(tǒng)框圖

目前，芯?？萍肌半姍C(jī)控制及驅(qū)動(dòng)應(yīng)用”仍在持續(xù)豐富和完善。相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用方案，敬請(qǐng)關(guān)注公司官網(wǎng)“應(yīng)用方案—電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)”模塊，期待為終端客戶帶來(lái)更有價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”可直接跳轉(zhuǎn)）。

編輯：黃飛

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