航顺FOC核心算法解决方案+高集成电机专用HK32ASPIN020X MCU家族量产

发布时间：2022-09-20 11:26
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2930

    自电机被发明以来，电机都在不断造福人类。随着科学和信息技术的高速发展，电机技术不断与时俱进，突破电机技术壁垒。50余年前更是出现了电机届的“新生儿”，无刷直流电机(BLDC电机)。众所周知，目前直流电机研发技术主要分为有刷直流电机和无刷直流电机两种类型。相比有刷电机，BLDC电机具有高可靠性、低噪音、高效率、功率密度强等优点。

    随着电机智能化的持续发展，电机市场和应用需求的更加多样化和多元化，尤其对于高效、高密集度、小巧便携等电机应用，要求电机驱动与控制单元更加注重更高集成度、更高效率及更优化的FoC算法等。航顺芯片推出的拥有自研专利，集成度高的BLDC电机驱动控制芯片HK32ASPIN02X家族已实现批量生产，将为客户和市场带来更加优异和超性价比的选择！

航顺FOC核心算法解决方案+高集成电机专用HK32ASPIN020X MCU家族量产

    HK32ASPIN020X芯片介绍

    芯片介绍

  • 内核为ARM® Cortex-M0 32位MCU，最高工作频率可达80MHz

  • 内置64K Byte Flash，带数据安全保护功能

  • 内置8K Byte高速SRAM存储器，电源供电：2.2V~5.5V

  • 温度范围：-40-105℃

  • 1个高级定明器（共4路PWM输出，其中3路带不对称列区互补输出）

  • 4个16位通用定时器，1个32位通用定时器，内置6路串口

  • 1路2.0A/2.0B CAN接口

  • 96位芯版UID标识（用作序列号和安全秘钥，激活安全自举过程）

  • ESD 可靠性：HMB6000VCDM2000V/MM200V/LU200mA

    集成航顺自研专利-电机控制算法加速单（EMACC）

  • 支持CODIC运算，用于正余弦计算

  • 支持Clarke，Park和把Park运算

  • 支持SVPWM

  • 支持一路高速电机数据传输通道（Trace）

    内置除法与开方运算（DVSQ）

  • 内置32位定点数除法，可同时得到商和余

  • 内置32位高精度开方

    1路双路采保12位马达专用SAR ADC（16通道）功能

  • 最高采样频率：2MSPS支持双路采保同时时间可以对两个信号进行采样

  • 支持4个对立队列和一个测试对队列转换

  • 支持自动连续转换，扫描转换功能

  • 支持多个硬件触发源（TIME1TRG0，CCR4、CCR5、CCR6、GPIO输入事件）极大方便模拟和数字电路的结合，尤其对于单电阻FOC等，需要多次触发事件的算法

  • 多次采样数据平均功能

  • 独立的数据通道结果寄存器

  • 内部参考电压-模拟输出连接到ADC通道温度传感器-模拟输出连接到ADC通道

    2个模拟运算放大器（PGA）

  • 内置两个运放OP，也可以配置可编程运放模式

    3个模拟比较器（比较门限PGA）

  • 比较器的参考电压可来自外部信息输入

  • 比较器的输出可作为高级定时器刹车功能，配合使用内置8bitDAC可调分压

航顺FOC核心算法解决方案+高集成电机专用HK32ASPIN020X MCU家族量产

航顺FOC核心算法解决方案+高集成电机专用HK32ASPIN020X MCU家族量产

    HK32ASPIN020X芯片特性

航顺FOC核心算法解决方案+高集成电机专用HK32ASPIN020X MCU家族量产

    HK32ASPIN03X集成化带预驱专用芯片介绍

    HK32ASPIN03X集成三路（3N+3P）预驱专用芯片

    1、支持输入电压8V-36V, 峰值40V驱动电流300mA到-60mA，带5V/50mA LDO

    2、供电电压7V-28V,峰值40V，驱动电流100mA到-60mA，带5V/100mA LDO

    HK32ASPIN03X集成三路6N预驱专用芯片

    1、供电电压10V-70V,峰值75V，驱动电流1.5A到-1.8A，带12V/100mA，5V/50mA LDO

    2、供电电压250V

    HK32ASPIN03X另在研发高压预驱专用芯片

    供电电压310V

    目前来说，BLDC电机在新能源汽车、消费、工业控制等领域得到越来越广泛应用。以前大部分使用的有刷电机寿命短能效低等影响很大，而有刷电机转换成无刷电机之后，它的性能和能效会大大提升，使用寿命也较长，由于以上无刷BLDC优势明显，其他的效率和性能、强度方面等特点较之要突出。因此无刷直流电机相对有刷电机来说，已经被BLDC电机替换得越来越多。

    无感FOC控制系统

    标么化的无感FOC控制系统，不仅可以极大的方便客户快速上手电机控制项目，同时也降低了对电机控制工程师的技能与经验要求，此标么系统不仅适合入门级电控工程师上手电控项目，也同样适合经验丰富的电控工程师快捷实现其算法，做深度的应用和算法开发，为产品差异化提供实现路径。

    为此航顺芯片提出了以HK32 ASPIN020C系列32位微处理器开发的无位置传感器 FOC弦波驱动解决方案。以下表格为此方案所提供的电机驱动功能列表。

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    HK32ASPIN家族MCU产品应用介绍

    HK32ASPIN家族可满足市场BLDC/PMSM电机的方波，FOC应用的需求，如：电动工具、工业风机、压缩机、手持吸尘器、电动自行车（助行车）、机器人舵机、油烟机、风扇等。

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　　一、电子烟的市场与规模增长　　全球电子烟市场规模在2022年达到了347.3亿元人民币，同比增长17.61%，2015年至2022年市场规模年复合增长率接近27.05%。中国市场在2022年的电子烟产值达到625.4亿元人民币，同比增长8.1%，2015年至2022年复合增长率接近29.41%。　　二、电子烟市场分部　　全球电子烟需求主要集中在欧洲和美洲地区，预计 2028 年欧洲地区电子烟市场规模约 115 亿美元，美洲地区 2028 年电子烟市场规模预计达 122 亿美元。非洲市场增速快，2022 至 2028 年 CAGR 为 9.5%。　　电子烟市场在全球范围内保持着快速增长的势头，特别是在中国市场，电子烟行业正逐渐替代传统卷烟成为烟民的新选择，市场规模和渗透率有望进一步提升。同时，随着政策的逐步出台和监管的加强，电子烟行业的经营将更加规范化。　　三、航顺电子烟方案　　基于航顺HK32F0301MC设计电子烟，通过高级定时器输出PWM到MOS 驱动，MOS驱动控制MOS管升降压，同时将负载阻值、输出功率等信息送显示，短路保护模块，检测MOSFET工作时两端的压差，压差超过设定阈值时，关闭MOSFET，停止工作，精准的加热丝阻抗测量功能和ADC采集电流，形成过吸保护，让电子烟更智能、用户体验更好。可以从多个方面带来显著的好处，HK32F0301MC方案是对舒适度、烟雾检测准确性、电池续航能力、可靠性及安全性。　　产品系统框图　　航顺HK32F0301MC系列MCU主要规格      >CPU 内核ARM® CortexTM-M0　　>最高时钟频率：48MHz　　>24 位System Tick 定时器　　>支持中断向量重映射(通过Flash 控制器的寄存器配置)工作电压范围：2.4 V ~ 5.5 V产品概述　　工作温度范围：-40°C ~ +105°C　　典型工作电流：       >运行(Run)工作模式：2.751 mA@48 MHz@5V　　>睡眠(Sleep)模式：0.997 mA@48 MHz@5V　　>停机(Stop)模式：373.354 μA@5V(LDO 正常工作)　　>低功耗停机(Low-power Stop)模式：6.876μA@5V(LDO 低功耗)      16 KByte Flash(64 页，每页256 Byte;32 位数据读，32 位数据写)      >Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护　　>4 KByte SRAMCRC 校验硬件单元　　>时钟片内高速时钟(HSI)：48MHz　　>片内慢速时钟(LSI)：60 kHz　　>GPIO 外部输入时钟：32MHz(最大值)复位NRST 引脚上的低电平(外部复位)　　>窗口看门狗事件(WWDG 复位)　　>独立看门狗事件(IWDG 复位)　　>电源复位　　>软件复位(SW 复位)　　>低功耗管理复位GPIO 端口最多支持18 个GPIO 端口　　>每个 GPIO 都可作为外部中断输入　　>内置可开关的上、下拉电阻　　>支持开漏(Open-Drain)输出　　输出驱动能力可配IOMUX 引脚功能多重映射控制器小型封装(如 SOP8/TSSOP16)产品，可通过IOMUX 可以实现单根引脚对应多个GPIO 或外设IO 的映射控制。数据通信接口2 路高速(最高6 Mbit/s)UART　　1 路高速(最高400 kbit/s)I2C：MCU 在Stop 模式下，支持数据接收唤醒　　1 路高速(最高18 Mbit/s)SPI定时器及 PWM 发生器1 个 16 位高级PWM 定时器(共4 路PWM 输出，3 路带死区互补输出)　　1 个 16 位通用PWM 定时器(共4 路PWM 输出)　　1 个 16 位基本定时器(支持CPU 中断)　　1 个自动唤醒定时器(AWUT)，可用于MCU 停机(Stop)模式下工作片内模拟电路产品概述 1 个 12 位1 MSPS ADC(最多7 路外部模拟输入通道和2 路内部通道，支持差分对输入)　　1 个上/下电复位电路　　1 个欠压复位电路　　1 个内部参考电压(内部参考电压在片内被ADC 采样)       CPU 跟踪与调试       SWD 调试接口　　>ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table，DWT，BPU)　　>自定义DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)     ID 标识     每颗HK32F0301MxxxxC 芯片提供一个唯一的96 位ID 标识      可靠性      通过HBM7000V/ CDM2000V /LU800mA 等级测试
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航顺芯片：HK32A040-车规芯片国产化的新选择

　　在汽车级芯片的选择从国外厂家垄断转向逐步引入国产芯片的进程中，涌现出了一批可以实现国产替代的芯片产品。汽车级是一个比消费及工业产品对芯片稳定性要求更高的行业，所以车规芯片的选型需要考虑更多的因素，包括技术参数、应用场景、供应链稳定性、成本控制等。其中最重要的关键点，如：汽车级认证：车规级芯片需要通过AEC-Q100认证，这意味着芯片必须满足严格的质量和可靠性标准。数月的测试时间涉及到复杂的测试和验证流程，以确保产品在极端温度、湿度、震动和电磁干扰等条件下的稳定性和耐用性。　　兼容性和集成问题：车规级芯片需要与车辆的其他电子系统兼容，这涉及到复杂的软件和硬件集成工作。确保所有系统能够无缝协同工作是一个挑战。　　安全性和可靠性：车规级芯片的安全性和可靠性至关重要。任何故障或误操作都可能导致严重的安全事故。因此，开发过程中需要进行严格的测试和验证。　　成本控制：在满足所有技术和安全要求的同时，控制成本也是一个挑战。需要找到成本效益高的解决方案，以确保产品的市场竞争力。最近汽车品牌大厂和供应商的价格博弈引发了行业的关注。　　供应链管理：确保供应链的稳定性和可靠性，特别是在国际形势复杂的情况下，从设计到生产封装等全国产化的芯片，大幅减少对海外供应商的依赖，是最佳的替代方案。　　怎么选择MCU厂家呢?根据下面三把尺如下：　　第一把尺子是芯片代码的重用度，这个是越高越好。国产替代，那么可以尽量多地使用以前的代码。如果是新开发，也可以在将来上下拓展时重用现在的代码。　　第二把尺子是引脚兼容度，使用同一封装的不同配置的MCU，甚至是不同系列不同档次的MCU如果引脚兼容，那么在开发中发现要提升或降低MCU规格，就可以直接替换，不用重新做板子，方便了很多。　　第三把尺子就更简单了，你已经和厂家或者代理商联系过选型的事情，一直没有联系上的就往后排，联系上的哪家服务又快又好，就是首选。　　经过一番比对筛选后，航顺芯片车规级MCU浮出水面：　　车规级要求：航顺芯片的车规级芯片通过了AEC-Q100认证，这是国际汽车电子协会的测试认证，意味着产品在使用寿命、稳定性、工作耐温、PPM等方面满足严苛要求。此外，航顺芯片遵循ISO 26262全流程标准，该标准覆盖产品的全部生命周期，确保功能安全。　　兼容性和集成问题：航顺芯片在设计MCU时，不仅硬件兼容某国际大厂的芯片，同时在软件上也可以做到95%以上的兼容性。这样的设计使得客户能够非常快速地进行方案替代，节省了大量时间和成本。同时，航顺芯片集成了 CRC、AES、HASH、TRNG 硬件运算单元，以验证数据传输或数据存储的正确性和完整性，以及实现 Flash 数据的加解密等。　　安全性和可靠性：航顺芯片的车规级芯片采用高性能ARM Cotex-M3/M0内核，整体芯片为国内研发，国内生产。芯片内置自研浮点运算协处理器，或除法与开方运算硬件加速模块，具有极强的数据处理能力。航顺芯片通过AEC-Q100汽车认证，同时符合ISO 9001、IATFT 16949质量管理体系认证，配套的研发能力和管理能力也得到了验证。　　质量成本控制：航顺芯片通过内部的自动化和模块化战略实现了成本控制和效率提升。航顺芯片内部开发了一套自动化的软件平台，通过这一平台，公司的项目效率和研发周期得以大幅提升，项目的效率和时间缩短了30%到50%。此外，航顺芯片通过模块化和标准化实现快速产品开发，保证了产品的一致性和可靠性。　　供应链管理：航顺芯片在供应链管理方面采取了多元化策略，而不是仅依赖一家晶圆厂进行生产。这种多元化策略不仅有助于航顺芯片保持供应链的稳定性，还能够灵活应对市场变化，确保公司在面对突发情况时能够迅速调整生产和供应策略。　　“芯”意之选诞生——HK32A040 航顺芯片新推出的高性价比车规MCU。主频96MHz,内置CAN控制器及各种定时器和通讯口完美满足需求。还有开发板和配套的开发包，包括驱动和例程，各方面努力超越市面上现有的产品。功能模块也与航顺其他产品的相同模块兼容，拓展开发手到擒来。后续衍生新产品时，还能重用已有的代码，事半功倍。　　CPU 内核　　ARM® Cortex® -M0　　最高时钟频率：96 MHz　　24 位 System Tick 定时器　　支持中断向量重映射(通过 Flash 控制器的寄存器配置)　　工作电压范围　　单电源域(主电源 VDD)：1.8 V ~ 3.6 V　　备用电源(VBAT)：1.8V ~ 3.6V产品概述　　典型工作电流　　运行(Run)模式：6.1mA@96MHz;1.6mA@8MHz　　睡眠(Sleep)模式：4.7mA@96MHz　　停机(Stop)模式：　　LDO 全速：0.7mA@3.3V　　LDO 低功耗：60μA@3.3V　　待机(Standby)模式：1.6μA@3.3V　　关机(Shutdown)模式：0.4μA@3.3V　　存储器　　124 Kbyte Flash　　CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期访问 Flash。　　Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。　　支持加密 Flash 存储的指令和数据，可防止 Flash 内容受到物理攻击。　　10 Kbyte SRAM　　数据安全　　CRC 校验硬件单元　　多种安全加密模块，包括 AES、HASH 和 TRNG　　时钟　　外部高速时钟(HSE)：支持 4 ~ 32 MHz，典型值为 8 MHz　　外部低速时钟(LSE)：32.768 kHz　　片内高速时钟(HSI)：8 MHz/14 MHz/56 MHz 可配置　　片内低速时钟(LSI)：40 kHz　　PLL 时钟：最高 96MHz　　芯片管脚输入时钟(EXTCLK)　　复位　　外部管脚复位　　电源复位(POR/PDR)　　软件复位　　看门狗(IWDG 和 WWDG)复位　　低功耗管理复位　　选项字节装载器复位　　可编程电压监测器(PVD)　　8 级检测电压门限可调　　上升沿和下降沿检测可配置　　GPIO 端口　　最多支持 55 个 GPIO 引脚　　每个 GPIO 引脚都可配置为外部中断输入　　数据通信接口　　2 路 USART：支持主同步SPI 和调制解调器的硬件流控，具有ISO7816 接口、LIN、IrDA 功能以及自动波特率检测和停机(Stop)模式下唤醒特性。产品概述　　最多 2 路高速 SPI：支持4 至16 位可编程数据帧，带复用的I2S 接口。　　最多 2 路 I2C：支持超快速模式(1 MHz)、SMBus 和 PMBus。在 Stop 模式下，支持数据接收唤醒。　　1 路 LPUART：支持在最小功耗下进行异步串行通讯、单线半双工通信、调制解调器的硬件流控(CTS/RTS)以及多处理器通信。　　1 个 CAN：支持 CAN 协议(2.0A 和 2.0B 主动模式)　　定时器及 PWM 发生器　　1 个 16 位高级定时器(4 路 PWM 输出，其中 3 路带死区互补输出和刹车功能)　　5 个 16 位和 1 个 32 位通用定时器(TIM2/TIM3/TIM14/TIM15/TIM16/TIM17)　　1 个 16 位基本定时器(TIM6)　　片内模拟电路　　1 个 12 位 SAR ADC(多达 16 路模拟信号输入通道)最高转换器频率：1MSPS支持自动连续转换、扫描转换功能具有 3 路模拟比较器　　DMA 控制器(带 7 个通道)　　支持定时器、ADC、SPI、I2C、USART、AES、HASH 等多种外设触发。　　温度传感器　　模拟输出连接到 A/D 转换器独立通道　　CPU 跟踪与调试　　SWD 调试接口　　ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table、DWT 和 BPU)　　自定义 DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)　　定点数除法/开方运算单元　　支持 32 位定点数除法，可同时得到商和余数　　支持 32 位定点数高精度开方　　4 个可编程逻辑单元(CLU)，处理简单的逻辑运算　　电机加速(EMACC)硬件化算法，提高电机算法处理速度　　日历RTC　　带闹钟功能　　可从停机或待机状态周期唤醒　　96 位芯片 UID 标识　　可靠性　　通过 HBM6000V/CDM2000V /MM200V/LU200mA 等级测试。　　工作温度范围(1)：-40°C ~ +125°C
2024-12-02 14:08 阅读量：305
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