瑞萨转矩控制解决方案加强工业自动化

发布时间：2023-10-23 10:22
作者：AMEYA360
来源：网络
阅读量：1420

　　随着科技的不断进步和全球制造业的竞争加剧，越来越多的企业开始投资和采用自动化技术，以提高生产效率、降低成本、改善产品质量并确保过程安全。而为协同工作完成复杂任务，确保高质量的生产结果。工业自动化设备对精度控制要求非常高，如螺丝拧紧机和扭矩测试仪工作时，需要在测量扭矩的同时控制电机旋转，这个过程需要高精度的扭矩测量。

　　此次瑞萨电子推出的转矩控制解决方案，通过使用一种配备高精度模拟前端的微控制器RX23E-A将扭矩测量信号输入到电机中，并进行反馈控制。这一解决方案不仅实现了高分辨率的转矩控制，而且配置也相当简单。

　　系统框图

瑞萨转矩控制解决方案加强工业自动化

　　主要器件介绍

　　RAA227063是用于无刷直流（BLDC）电机应用的智能栅极驱动器IC。它集成了三个半桥智能栅极驱动器，能够驱动多达三个N沟道MOSFET桥，支持4.5V至60V的桥电压。每个栅极驱动器支持高达1A的拉电流和2A的灌电流驱动电流，并具有可编程的驱动强度控制。可调节和自适应的死区时间被实现，以确保稳健性和灵活性。主动栅极保持机制防止了米勒效应引起的交叉传导，进一步增强了稳健性。

　　ISL85412是一款150mA同步降压稳压器，输入范围为3.5V至40V。它提供了一种易于使用、高效低BOM数的解决方案。ISL85412集成了高边和低边的NMOS场效应管，并具备PFM模式，在轻负载下可提高效率。如果需要强制PWM模式，可以禁用此功能。该部分默认的开关频率为700kHz。由于集成了两个NMOS器件并提供了内部配置，所以只需较少的外部元件，便能减少BOM数量和设计复杂性。ISL85412具有宽VIN范围和较少的BOM，可以为各种应用提供易于实现的设计解决方案，并具备卓越的性能。它适用于高电压工业应用，并为电池供电应用提供有效的解决方案。

　　ISL80505是一款单路输出低压差线性稳压器（LDO），能够在1.8V至6V的输入电压范围内提供高达500mA的输出电流。该LDO的输出电压调节范围为0.8V至5.5V。该产品系列采用BiCMOS工艺，能够提供出色的模拟性能和整体价值。

　　RJK0854DPB是一款适用于开关（电机驱动等）和负载开关应用的MOSFET，具有低导通电阻、高速开关和高鲁棒性。

　　RA4T1 MCU基于带有TrustZone?的100 MHz Arm? Cortex-M33?内核，为电机控制和逆变器控制功能提供优化的外设，具有小型32引脚QFN和LQFP封装选项，满足了高性能、成本敏感和空间受限应用的需求。此外，它还集成了多种通信接口，包括CAN FD、I3C、SCI和SPI，满足各种电机控制和消费类应用的所有连接需求。

　　RX26T微控制器是可在单芯片上实现磁场定向控制（FOC）双电机控制和功率因数校正（PFC）控制MCU产品。它搭载工作频率为120MHz的RX第三代CPU内核——RXv3，通过可实现120MHz读取操作的高速闪存和三角函数运算单元（TFUv2）实现超高计算性能。定时器功能支持120MHz PWM，模拟功能配备3单元12位A/D转换器。此外，它还搭载了保证振荡精度为±1.0%的HOCO、数据闪存、单端PGA和比较器等，有助于减少元件数量并节省空间。它还配备了用于设备之间高速通信的CAN FD和用于与传感器实现高速通信的I3C Basic，从而可以在更短的时间内传输更多的数据。

　　RX23E-A系列微控制器配备模拟前端，无需校准即可测量温度、压力、流量和重量，精度优于0.1%，是高精度传感、测试和测量设备的理想之选。其CPU配备RXv2内核，在DSP/FPU运行中表现卓越，可以单芯片实现高精度测量、控制和通信。


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解读瑞萨MCU竞争力强的秘密：核心全、品类齐、工具强、方案多
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　　MCU(微控制器)是控制系统的核心元件，负责管理和控制系统中众多功能子单元，随着终端系统迭代升级，MCU用量也在快速提升。根据Yole Group的统计数据，2023年全球MCU市场规模已达282亿美元，预计到2029年将增长至388亿美元，其间年复合增长率达5.5%。　　目前，全球MCU厂商众多，而瑞萨电子是其中的佼佼者。根据瑞萨电子官方给出的数据，该公司每年出货超过35亿颗MCU，拥有非常广泛的8位、16位和32位产品组合，是16位与32位微控制器(MCU)领域的领先供应商之一，以其卓越的产品和解决方案赢得了广泛的认可。为什么瑞萨电子的MCU产品有如此强的竞争力呢，带着这个问题，电子发烧友网记者和瑞萨电子嵌入式处理器事业发展部高级经理刘涛在第七届中国国际进口博览会(简称：进博会)上进行了深入的交流。　　瑞萨电子MCU产品的硬实力　　当前，MCU厂商发展基本有三种主要模式：其一是基于授权内核进行芯片开发，最具代表性的是Arm内核;其二是基于自研内核进行芯片开发;其三是基于开源内核进行芯片开发，最具代表性的是RISC-V。　　瑞萨电子嵌入式处理器事业发展部高级经理 刘涛　　刘涛表示，瑞萨电子是业内少见的拥有全面MCU内核布局的公司。在自研内核方面，瑞萨电子已经打造出两款极具竞争力的MCU内核，其中RL78系列便是基于瑞萨电子自研的16位超低功耗内核打造，RX系列则是基于高能效比的32位内核打造;在Arm内核方面，瑞萨电子拥有丰富的产品，包括推出了当前业内最高性能基于Arm Cortex-M85内核的高性能MCU;同时，瑞萨电子也成功设计、测试并推出基于开放标准RISC-V指令集架构(ISA)的32位CPU内核。　　确实，近一段时间以来，瑞萨电子在各个内核方向上都进行了产品升级迭代，比如刘涛提到的该公司基于Arm® Cortex®-M85内核打造的高性能MCU——RA8系列MCU。对于这个产品系列，电子发烧友网在去年的进博会报道中也有重点提到，提供卓越的6.39 CoreMark/MHz性能，并部署了Arm Helium™技术，在数字信号处理器(DSP)和机器学习(ML)，相较于基于Arm Cortex-M7内核的MCU有大幅提升。今年初，瑞萨电子在RA8系列下最新推出了RA8T1 MCU产品群，可满足工业、楼宇自动化，以及智能家居等应用中常见的电机、电源和其他产品的实时控制要求。　　对于RA8T1 MCU，刘涛举例称，在大功率的交流伺服驱动器中，RA8T1 MCU得到了广泛的应用，不仅能够帮助实现高速、精准的电机速度和位置控制，同时为电机应用带来了强大的机器学习能力，可以帮助用户实现预测性维护等智能化功能，显著降低系统的维护成本。　　基于RA8T1的马达异常检测　　他在交流中透露：“瑞萨电子正在积极开发下一代RA8产品线，预计相关产品会在2025年推向市场。”　　前不久，瑞萨电子也推出了全新RX261/RX260 MCU产品群，这个产品群是基于瑞萨电子自研的RXv3 CPU内核，在64MHz运行频率下可获得355CoreMark的评分。刘涛指出，得益于RXv3 CPU内核的高能效比优势，RX261/RX260 MCU产品群能够帮助用户应对更严苛的能效法规——与其他64MHz级MCU相比，RX261/RX260的工作电流降低了25%，待机电流降低了87%。　　当然，RX261/RX260 MCU产品群不仅在能效方面表现出色，产品上集成的瑞萨电子第三代电容式触控IP(CTSU2SL)同样抢眼。刘涛介绍说，相较于前两代电容式触控IP，CTSU2SL显著改善了抗噪声性能和防水特性，并大幅降低了功耗。CTSU2SL通过了IEC 61000 4-3 level3和4-6 level4认证，即便是在厨房、洗手间等容易附着水渍和油渍的场景，这款IP也能够实现精准的触摸控制。　　瑞萨电子对CTSU2SL进行了多项专门优化，比如CTSU2SL加入了多频扫描功能，降低了同步干扰噪声的影响;加入了主动屏蔽功能，内部多个触摸电平共用一个屏蔽电机，以相对电平或者相位来驱动触摸电极或屏蔽电级，能够抑制油渍和水渍的干扰;加入了自动判断功能，在MCU待机状态下，不需要MCU参与也可以进行触控检测，从而可以降低运行或者间歇操作期间的平均功耗;加入了MEC(多电极连接)功能，通过将多个触摸电极连接作为单个电极进行测量，减少触摸测量时间和电流消耗量。　　CTSU2SL展示了瑞萨电子在MCU集成化发展趋势上的一些优势，对此刘涛更进一步讲到，瑞萨电子在MCU集成方面有一个很大的优势——公司拥有丰富的产品线比如功率器件、模拟器件、射频前端和传感器等，在未来的规划里，瑞萨电子的MCU和MPU里将持续打造更高集成度的产品，帮助客户降低系统成本。　　作为全球微控制器供应商，瑞萨结合嵌入式处理、模拟、电源和连接方面的专业知识，提供完整的半导体解决方案。这一点也非常重要，因为基于MCU打造的丰富方案能够进一步提升MCU产品的竞争力。本届进博会，瑞萨电子展览了多款先进解决方案，包括基于瑞萨电子专用电机控制微控制器(MCU)RA4T1的大功率、全速率范围的FOC电机控制方案，基于RZ/V2H的多分类目标检测方案，基于RZ/G2L高性能MPU的PLC控制方案，基于高性能MCU RA8D1的HMI方案，以及基于R-Car V4系列高性能片上系统(SoC)的辅助驾驶与自动驾驶整体解决方案等。　　基于RZ/V2H的多分类目标检测方案　　刘涛表示：“进博会上的方案展示了瑞萨电子在MCU和MPU系统性方案方面的实力，体现了瑞萨电子'To Make Our Lives Easier(让生活更轻松)'的愿景。不过，这些只是瑞萨电子丰富方案的冰山一角，未来瑞萨电子将持续创新，为客户提供更加可靠的解决方案，赋能他们在终端领域更好地发展。仅仅在2024年，瑞萨电子结合客户最新需求就推出了多款基于MCU或MPU的解决方案，比如针对工业自动化，瑞萨电子RX72M、RZ/T2M、RZ/N2L等多款芯片都可以支持EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET RT/IRT、CC-Link IE Field Basic、Modbus、TSN、OPC UA等工业总线，以此为基础瑞萨电子推出了RX72M EtherCAT伺服，RZ/T2M 220V交流伺服解决方案和24V直流伺服解决方案，RZ/T2M Profinet伺服解决方案，RZ/N2L IO-Link主站通信解决方案等。”　　交流伺服解决方案　　瑞萨电子MCU产品的软实力　　由于MCU是执行控制的核心单元，因此其对软件算法的支持能力也是性能表现的一部分，同时配套工具和资源也是评估产品非常重要的一环。刘涛指出，过去一年瑞萨电子从多个方面增强了MCU和MPU产品的软硬件实力，其中比较有代表性的例子是瑞萨电子在今年推出的Reality AI Tools软件的免费版本——Reality AI Explorer Tier。　　Reality AI Explorer Tier为用户提供免费的、全面的自助式评估沙盒访问权限，几乎包含了Reality AI Tools的全部功能，包括自动化AI模型构建、验证和部署模块。Reality AI Explorer Tier包括丰富的教程、应用实例和常见问题解答(FAQ)，比如加速度器振动抑制分析，音频分类，以及电机故障预测等。　　Reality AI Tools的存在让用户不需要具备很深的AI应用开发经验，只需要提供相关的数据就能够构建AI应用。这款工具可以根据用户提供的数据样本自动探索识别数据的特征，从而建立数学模型，最终部署到瑞萨电子的MCU产品上。　　瑞萨电子也提供另外一种开发模式，当用户具有一定的AI应用开发能力时，比如用户本身就有算法模型，瑞萨电子可以提供e-AI转换工具，将用户提供的数学模型转化为可以部署到MCU的代码，这些代码能够充分结合瑞萨电子MCU或MPU上的计算单元，提供更高的计算效率。　　结语　　瑞萨电子是全球领先的MCU供应商，每年MCU出货量高达数十亿颗，这一数据其实已经足以说明瑞萨电子的产品力。通过和刘涛的交流可以明显感受到瑞萨电子持续引领MCU和MPU市场发展的决心，给工程师带来具有竞争力的产品及解决方案，满足广泛的终端需求。
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瑞萨推出包括先进可编程14位SAR ADC在内的全新AnalogPAK可编程混合信号IC系列
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　　全新产品几乎适用于任何应用，大幅减少元件数量、BOM成本和占板空间　　全球半导体解决方案供应商瑞萨电子(TSE：6723)宣布推出全新AnalogPAK™ IC系列，其中包括低功耗——SLG47001/3和车规级产品——SLG47004-A，以及业界先进的可编程14位SAR ADC(逐次逼近寄存器模数转换器)——SLG47011。　　AnalogPAK作为瑞萨GreenPAK™可编程混合信号矩阵产品家族的一员，是极具成本效益的非易失性存储器(NVM)可编程器件。它使创新者能够整合多种系统功能，同时最大限度地减少元件数量、占板空间和功耗。GreenPAK和AnalogPAK IC可实现混合信号标准产品和独立分立电路的功能替代，并为SoC及微控制器提供可靠的硬件监控功能。GreenPAK和AnalogPAK产品几乎适用于任何应用场景，包括消费电子、计算设备、白色家电、工业设备、通信设备和汽车电子等。借助Go Configure Hub和GreenPAK开发套件，设计人员可以在几分钟内创建定制电路并对其进行编程。　　全新AnalogPAK SLG47011　　配备14位SAR ADC的低功耗产品　　瑞萨全新SLG47011 AnalogPAK产品将可配置模拟集成电路的性能提升到新的水平，其集成丰富的数字和模拟功能，包括带可编程增益放大器(PGA)的可编程多通道14位SAR ADC。SLG47011还为所有宏单元提供灵活的用户定义省电模式，使设计人员能够在睡眠模式下关闭某些模块，从而将功耗降低至微安(µA)级别。　　SLG47011可用于提升MCU性能或卸载MCU任务，还能与MCU结合使用，替代复杂的模拟前端(AFE)。SLG47011支持的关键功能包括测量、数据处理、逻辑控制和数据输出。　　SLG47011的关键参数　　- Vdd=1.71至3.6V　　- SAR ADC：高达14位，在8位模式下高达2.35Msps　　- PGA：六种放大器配置，轨至轨输入/输出，1x至64x增益　　- DAC：12位，333ksps　　- 硬件数学运算模块，支持乘法、加法、减法和除法运算　　- 灵活的4096字内存表模块　　- 振荡器：2/10kHz和20/40MHz　　- 模拟温度传感器　　- 数量最多的高度可配置计数器/延时模块　　- I2C和SPI通信接口　　- 采用小型16引脚QFN(2.0mm x 2.0mm x 0.55mm)、0.4mm间距封装　　Davin Lee, Senior Vice President and General Manager of the Analog and Connectivity Group at Renesas表示：　　“瑞萨已向全球数千家客户交付了数十亿颗GreenPAK和AnalogPAK产品。凭借SLG47011，我们不仅满足了客户对于更多资源的需求，更实现了更高分辨率的模拟功能，我们满怀期待，相信这款产品将在众多应用中绽放光彩。”　　除了SLG47011之外，瑞萨还推出另外两款AnalogPAK产品，即成本优化的SLG47001/3和车规级SLG47004-A。　　SLG47001/3 AnalogPAK产品　　SLG47001和SLG47003能够以低廉的价格和非常紧凑的封装实现精确测量系统，适用于气体传感器、功率计、测量设备、服务器、可穿戴设备、工业机器人、工业和智能家居传感器模块等应用场景。　　- 两个超低偏移运算放大器——最大失调电压为9µV　　- 两个10位数字变阻器　　- 六通道采样比较器　　- 模拟开关　　- 电压基准　　- 59字节模式发生器　　- 2k/10k/25MHz振荡器　　- 完全可配置的模块：查找表(LUT)、触发器、移位寄存器、定时器、计数器、延时器
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