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广芯微发布基于UM321xF的工业风机类产品解决方案
发布人:广芯微 发布时间:2023/12/15

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。



关于广芯微

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