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廣芯微發(fā)布基于UM321xF的工業(yè)風(fēng)機(jī)類產(chǎn)品解決方案
發(fā)布人：廣芯微 發(fā)布時(shí)間：2023/12/15

一、前言 


隨著中國工業(yè)化進(jìn)程的加快，風(fēng)機(jī)行業(yè)成為工業(yè)領(lǐng)域的重要設(shè)備之一。目前，中國風(fēng)機(jī)行業(yè)市場的規(guī)模龐大，產(chǎn)品類型多樣，市場競爭激烈。近年來，中國風(fēng)機(jī)行業(yè)市場規(guī)模一直保持著快速增長的趨勢。根據(jù)中國氣動(dòng)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，2024年，中國風(fēng)機(jī)行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到了2000億元，同比增長了10%以上。同時(shí)，風(fēng)機(jī)行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)水平也得到了大幅提升，大部分企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)高效節(jié)能的產(chǎn)品，滿足客戶對(duì)產(chǎn)品性能的需求。


目前，中國風(fēng)機(jī)行業(yè)市場主要分為工業(yè)風(fēng)機(jī)和民用風(fēng)機(jī)兩大類。工業(yè)風(fēng)機(jī)主要應(yīng)用于煤礦、電力、化工、冶金等行業(yè)，用于排風(fēng)、通風(fēng)、送風(fēng)等工藝流程。民用風(fēng)機(jī)主要應(yīng)用于建筑、家用電器等領(lǐng)域，用于室內(nèi)通風(fēng)、排濕等方面。兩大類風(fēng)機(jī)市場規(guī)模較大，其中工業(yè)風(fēng)機(jī)市場規(guī)模較大，但民用風(fēng)機(jī)市場增速較快，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/span>


廣芯微基于UM321xF系列芯片開發(fā)出面向風(fēng)機(jī)應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)和完整解決方案，并開放源文件及快速的技術(shù)服務(wù)，確保客戶基于廣芯微方案進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)可順利實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，以此推進(jìn)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的快速上市。


二、硬件方案介紹  


硬件版圖：
 
硬件方案框圖：    
1.外置2級(jí)LDO Power電源支持12-48V寬電壓輸入；
2.內(nèi)置1路運(yùn)放可直接進(jìn)行單電阻電流采樣重構(gòu)；
3.內(nèi)置3路比較器快速直接獲取反電勢信號(hào)或硬件過流保護(hù) ；
4.PWM支持與比較器的聯(lián)動(dòng)，異常情況緊急停機(jī)保護(hù)機(jī)制，有效防止功率元器件損壞；
5.可搭配3顆N溝道預(yù)驅(qū)（UM6012）或1顆6N溝道預(yù)驅(qū)（UM6032），豐富的產(chǎn)品線器件供應(yīng)選擇；
6.豐富的外設(shè)接口（SPI/UART/IIC/CAN）,支持多傳感器擴(kuò)展功能；
7.板極ESD設(shè)計(jì)可靠度可達(dá)8KV以上，得益于廣芯微UM321xF芯片優(yōu)異的ESD性能；
8.高集成度、高可靠性、低功耗MCU，各功能外設(shè)配合檢測電路可進(jìn)行各種失效監(jiān)測；
9.擴(kuò)展了HALL接口電路，可支持有感FOC控制方案；
10.擴(kuò)展了反電勢檢測電路，可支持無感FOC的順逆風(fēng)檢測；
11.擴(kuò)展了PWM/VSP調(diào)速功能及FG信號(hào)反饋。


三、軟件方案介紹  


a)軟件架構(gòu)：
此方案整個(gè)軟件工程分為應(yīng)用層、System、Common及電機(jī)庫。應(yīng)用層包含系統(tǒng)初始、系統(tǒng)配置、CLI引擎、通用任務(wù)、電機(jī)控制API、電機(jī)任務(wù)等。System層包含Startup啟動(dòng)、中斷服務(wù)、時(shí)鐘、睡眠與低功耗等。Common層包含消息隊(duì)列、軟定時(shí)器、延時(shí)/串口輸出、實(shí)用工具等。電機(jī)庫包含PID 環(huán)路、換相函數(shù)處理、芯片驅(qū)動(dòng)庫等。
b)軟件設(shè)計(jì)框圖：
控制器上電后進(jìn)入系統(tǒng)配置，依次進(jìn)行IO端口配置，AD轉(zhuǎn)換模塊配置，定時(shí)器的配置，中斷初始化，定時(shí)器初始化，保護(hù)參數(shù)初始化，交互參數(shù)初始化，初始化狀態(tài)檢測，使能中斷，最后進(jìn)入主循環(huán)（App-Task）執(zhí)行相應(yīng)app層事件。


電機(jī)控制部分主要在高頻中斷中執(zhí)行運(yùn)算，主要處理FOC運(yùn)算部分，及位置速度觀測器。ADC中斷主要處理采樣數(shù)據(jù)，低頻中斷主要處理速度/功率外環(huán)控制部分及故障檢測部分。


電機(jī)控制算法采用單/雙電阻無感FOC的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，可在配置文件中選擇有感/無感/單電阻電流重構(gòu)/雙電阻電流重構(gòu)等組合方案，方案框圖如下所示：    



c)電機(jī)算法庫概要：


四、功能參數(shù)及測試波形  


功能參數(shù)：    


  • 支持單/雙電阻無/有感FOC控制方案
  • 輸入電壓：DC 12-48V
  • 額定功率：<500W
  • 防電源反接電路設(shè)計(jì)
  • 支持PWM調(diào)速及FG信號(hào)反饋
  • 順逆風(fēng)啟停
  • 硬件過流，欠過壓，欠過溫，限/過流，堵轉(zhuǎn)等全功能保護(hù)


測試波形：
   


五、解決方案優(yōu)勢  


1.低功耗技術(shù)指標(biāo)


  • 1.1μA@3.0V DeepSleep+RTC模式，RCL運(yùn)行，IO、SRAM以及寄存器數(shù)據(jù)保持 
  • 0.44μA @3.0V Stop模式，所有時(shí)鐘停止，IO、SRAM以及寄存器數(shù)據(jù)保持 
  • 123μA/MHz @3.0V @48MHz Active模式 
  • 3.7μs快速睡眠喚醒系統(tǒng)


2.高可靠性，將EMC及ESD性能作為基礎(chǔ)要求融入芯片定義，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，并結(jié)合板級(jí)設(shè)計(jì)通過了目前所有電控項(xiàng)目的ESD及EMC測試；
3.高集成度，內(nèi)部集成3路比較器，1路運(yùn)放，硬件加速器，減少外圍電路及布板空間；


4.分層設(shè)計(jì)的軟件架構(gòu)，豐富且成熟的電機(jī)算法庫，降低開發(fā)設(shè)計(jì)難度及技術(shù)門檻。



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