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广芯微MCU UM32MP32小功率水泵方案
2023-12-20  |   浏览:413  |  来源:广芯微电子(广州)股份有限公司

一、前言   

生活中有很多地方需要用到水泵,不同于常规的抽水式水泵,体积更小的微型水泵在很多领域都在使用,几乎无处不在,它的发展使我们的生活多姿多彩,多种新型水泵的研发与应用,为我们带来极大的便利,其应用领域包括:电动汽车散热系统,自动化设备水循环,水制冷等电器,饮水机,卫浴产品,碎纸机,无土栽培,水暖床垫,空调抽水,水族鱼缸,足浴盆,水暖床垫,热水器,电脑水冷,水冷风扇,医疗器械,制药系统,化工,循环系统,冷却散热系统,制冷系统,水冷空调,水冷风扇,移动洗澡机,太阳能喷泉,太阳能循环系统,家庭增压系统,别墅供水系统,小型灌溉系统,水处理系统,小型供水系统,汽车循环系统,汽车加热系统,机床,家用电器,厨房电器,卫浴产品,热水循环系统等。


广芯微结合自研芯片UM32MP32低功耗、多功能外围接口与集成预驱、LDO等特点,开发用于小功率水泵产品的电机控制解决方案,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开发的产品快速实现量产。   

二、硬件方案介绍  

硬件版图:

下图为广芯微UM32MP32 小功率水泵方案原理图及2D版图。


硬件方案框图及特点:   

1.内置5V LDO  Power电源直接输出至MCU(支持5.5-24V宽电压输入);
2.支持电源防反接电路设计;
3.内置1路运放可直接进行母线电流采样;
4.内置4路比较器快速直接获取反电势信号及硬件过流保护 ;
5.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;
6.内置3P+3N预驱,减少外围电路及布板空间;
7.丰富的外设接口(SPI/UART/IIC),支持多传感器扩展功能;
8.板极ESD设计可靠度可达8KV以上,得益于广芯微UM32MP32芯片优异的ESD性能;

9.高集成度 高可靠性 低功耗MCU,全部外围器件只有50个左右(除4*MOS及MCU外都是阻容),大大降低设计及生产成本,降低器件失效不良率。

三、软件方案介绍  

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。    

软件设计框图:
此方案为无感方波控制方案,整体框架分为:
     1.IPD初始脉冲位置检测;
     2.反电势过零检测,控制电机换相;
     3.PWM发波;
     4.PID速度/功率/电流闭环控制;
     5.故障检测机制(过流,过压,欠压,缺相,堵转等全功能保护)。

电机算法库概要:    

四、功能参数及测试波形  

功能参数:
  • 无感方波控制方案
  • 输入电压:DC 5.5-24V
  • 额定功率:<100W
  • 防电源反接电路设计
  • 硬件过流,欠过压,欠过温,限/过流,堵转等全功能保护
  • 缺水保护
测试波形:

五、方案优势  

1.低功耗技术指标
(1)1.2μA @3.0V DeepSleep+RTC 模式,RCL 运行, IO、SRAM 以及寄存器数据保持;
(2)0.9μA @3.0V Stop 模式,所有时钟停止,IO、 SRAM 以及寄存器数据保持;
(3)50μA/MHz @3.0V @32MHz Active 模式;
(4)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4路比较器,1路运放,硬件加速器,6 路 PMOS+NMOS Driver, 5V/40mA LDO;

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。


关于广芯微

广芯微电子(广州)股份有限公司聚焦光伏新能源、物联网、工业控制和汽车电子产业,为客户提供差异化的微处理器芯片与性能卓越的模拟与射频前端芯片,以及低功耗IoT方案平台,数字电源方案平台和电机控制方案平台。广芯微独有的低功耗芯片设计方法、高效率的变频电控技术、大功率的PD快充协议以及多样性无线连接技术整合而成创新与差异化的集成电路设计,在健康医疗电子、消费电子、智慧家庭、工业控制、传感器与表计等领域已经得到了广泛的应用。

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