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全面解析,2023小华半导体全新动&静系列方案

2023-12-01 16:05:34 谢宇恒 阅读:
在2023年度小华半导体产品&技术交流会上,小华半导体技术支持总监钟升分享了“2023小华全新推出的动&静系列方案全面剖析”的主题演讲,本文也将以此为基础展开,共同探秘小华在MCU解决方案上的创新···

从超低功耗电机控制MCU、通用MCU,到汽车MCU以及其他各类的芯片,在产品生态建设方面,小华半导体作为国内MCU行业的领先企业之一,在2023年推出了很多不错的MCU新品,而在2023年度小华半导体产品&技术交流会上,小华半导体技术支持总监钟升分享了“2023小华全新推出的动&静系列方案全面剖析”的主题演讲,本文也将以此为基础展开,共同探秘小华在MCU解决方案上的创新。zo0ednc

种类繁多、控制复杂的“动”系列——电机控制

从消费电子中手机的震动马达到航空领域飞机的起落架,从工业生产中常用的水泵、传送带,到汽车中的发动机、电动座椅、电动车窗,电机在现代社会中的应用十分广泛,种类纷繁复杂,因此控制方法也各不相同。zo0ednc

小华MCU电机算法有很多核心技术已经得到了广泛应用,例如在家电的风机、冰箱的压缩机等领域都拥有很多的成功案例,这主要归功于小华MCU电机算法所具有的优势特性:zo0ednc

  • 启动特性,小华的控制算法适用于静止启动、顺风启动、逆风启动工况,启动快速、平稳、参数依赖性小,这对于如室外风机这类的场景非常有用,可以克服外界自然风对于电机启动的影响。
  • 初始位置检测特性,采样方式支持单电阻采样和双电阻采样,启动平稳,能有效避免反转、抖动,对于风机类的应用来说经常容易反转或是启动不成功,小华的算法则可以保证很高的一次启动成功率。
  • 电子刹车特性,小华的算法支持短接制动、FOC制动两种方式,对于一些需要快速停机、有逆风启动的应用,可以有效地提高电机控制的安全性。
  • FOC制动特性,这一特性能够满足低速区满扭矩输出特性,让刹车更加平稳快速,对于室外变频应用来说这是必须要支持的特性。
  • 单电阻采样及电流重构,无论是对于家电还是其他领域的电子产品,成本都是非常重要的考虑因素,通过采样母线电流,根据相序进行电流重构,实现单电阻采样,降低采样电路的成本,对于家电这一大量出货的领域,可以实现相当明显的降本效果。

为了更好的展示小华算法的优势,钟升现场还介绍了小华MCU电机算法两个不同的实际用例——高速风筒和步进马达。zo0ednc

小华的高速风筒解决方案采用HC32M120,具有2.7V~5.5V宽电压供电,适用于多种驱动平台,配置有专用电机定时器TIMER4,可硬件实现任意点触发ADC采样,而ARM Cortex-M0+的内核主频可达48MHz,FOC计算周期可以做到28us,24KHZ载频下也可保证足够时间裕量,内置2CH OPA,带宽高达10MHZ,压摆率5V/US,驱动能力为±30mA,可满足电机采样及电流快速响应的需求。zo0ednc

此方案可实现30cm距离测量,110000RPM全速运行时噪音仅75db,为行业中上水平,且启动稳定性好,一次启动成功率不低于99.7%,运行效率也很高,220VAC机种,110000RPM全速冷风档位运行,PCBA级实测输入功率为92W,优于主流友商方案,110VAC供电机种,也能达到电机额定转速,母线电压利用率非常高。zo0ednc

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而对于步进马达控制方案,与风筒的PMSM(永磁同步马达)不同,多采用二相四线式主要用于3D打印机或数控机床,小华所介绍的3D打印机步进马达方案采用HC32F448,ARM Cortex-M4F的内核可达200MHz,最大256K flash及68K单周期高速RAM,达到了250DMIPS或680Coremark的运算性能,可满足双电机FOC控制需求,具有3个单元电机专用定时器TIMER4,每一路TIMER4均可硬件实现四路互补PWM驱动,满足二相四线式步进电机双H桥驱动需求。同时,还拥有高性能模拟外设,3单元12bit 2.5MSPS的ADC,2单元12bit的DAC,4单元电压比较器CMP,响应时间高达30ns。zo0ednc

该方案可替换传统的步进驱动SoC,架构灵活,选择面更广,基于MCU电机驱动算法优化灵活,对系统控制更加全面,在同样运行工况下,基于24V额定电压测试42步进电机,与Trinamic TMC2209步进电机驱动SOC方案横向对比,运行噪音及震动性能均优于对手,可满足3D打印市场的应用需求。zo0ednc

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专为低功耗需求设计——小华的“静”系列

小华的低功耗MCU是专门为低功耗需求而设计的,其“休眠-唤醒-执行”的整个低功耗流程都进行了优化设计,在保持内部RAM数据的情况下,功耗最低为0.42uA,具有丰富且灵活的唤醒源,所有的IO中断,LPTIMER、LPUART、RTC、VC、LVD等外设都可以唤醒,唤醒时间短,4MHz时唤醒只需9uS,24MHz情况下最快唤醒只需4uS。并且小华低功耗MCU唤醒后代码可继续执行,不需要重新启动,响应速度快。相对于竞品,小华的产品无论是在最低功耗还是唤醒源、唤醒时间等方面都具有显著的优势,对此钟升分享了三个实际的应用案例:zo0ednc

智能门锁

采用HC32F005/HC32L110控制单元,功耗极低,低功耗模式Deep Sleep状态(RAM、Flash、寄存器保持、IO状态保持、IO中断唤醒MCU)功耗低至0.6 uA,使用4节2A干电池供电的智能锁,日常使用可超过1年,具有丰富的接口资源,便于扩充更多应用场景,内置的硬件真随机TRNG及AES256/192/128硬件协处理器方便加密,让使用更加安全,内置的电源低压监测LVD及POR,则让使用更加可靠。zo0ednc

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智能燃气表

采用HC32L110/HC32L130计量单元,以及对于物联网更加友好的HC32L17x/HC32L19x主控单元,并且燃气表还增加了通信单元可以与云端进行对接通信,更好的完成智能化功能。该款智能燃气表通过无线通信的空中接口支持OTA空中下载技术,可实现对无线终端设备数据进行远程管理,支持差分升级技术,可以节省MCU内部资源空间、节省下载流程及下载和升级过程中的功耗,因此更加适合嵌入式。zo0ednc

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智能量测开关

与前两项应用不同,这款智能量测开关采用的并非小华最新的产品,其采用的HC32F460已经上市良久,但仍旧是许多行业内客户的首选,这主要归功于这款MCU具有良好的预测性,能够根据需要提前为电力单元提供相应的资源支持。对于电力计量而言计时精度有着严格要求,需要RTC的时钟误差ppm在个位数以内,而常用的32.768KHz晶振的精度普遍在20ppm左右,且受温度影响偏移较大,虽然能使用带温补功能的RTC时钟芯片解决,但相对来说成本偏高。而如果使用小华MCU软件解决方案,在产品原有电路基础上,只需要在外围增加成本较低的温度传感器(数字型或者NTC)就可实现相同的功能。zo0ednc

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总结

在活动的现场小华半导体提到,小华不仅能提供MCU产品,并且能提供整套电机控制算法,包括底层基本函数库、特定电机功能控制函数、特定电机类型控制方案、特定产品应用控制方案等,除了在本文中所着重展开介绍的小华静、动系列的产品和方案,小华半导体还布局了智、车共计四大系列产品线,未来还将新开拓SoC产品线,为客户提供更丰富的产品组合。zo0ednc

责编:Ricardo
谢宇恒
原机加工行业工程师,现Aspencore编辑,专注电子,关注未来。
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