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廣芯微發(fā)布基于UM321xF的工業(yè)風機類產(chǎn)品解決方案
發(fā)布人：廣芯微 發(fā)布時間：2023/12/15

一、前言 


隨著中國工業(yè)化進程的加快，風機行業(yè)成為工業(yè)領域的重要設備之一。目前，中國風機行業(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，中國風機行業(yè)市場規(guī)模一直保持著快速增長的趨勢。根據(jù)中國氣動工程學會發(fā)布的數(shù)據(jù)，2024年，中國風機行業(yè)市場規(guī)模達到了2000億元，同比增長了10%以上。同時，風機行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和技術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，滿足客戶對產(chǎn)品性能的需求。


目前，中國風機行業(yè)市場主要分為工業(yè)風機和民用風機兩大類。工業(yè)風機主要應用于煤礦、電力、化工、冶金等行業(yè)，用于排風、通風、送風等工藝流程。民用風機主要應用于建筑、家用電器等領域，用于室內(nèi)通風、排濕等方面。兩大類風機市場規(guī)模較大，其中工業(yè)風機市場規(guī)模較大，但民用風機市場增速較快，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/span>


廣芯微基于UM321xF系列芯片開發(fā)出面向風機應用的參考設計和完整解決方案，并開放源文件及快速的技術服務，確保客戶基于廣芯微方案進行產(chǎn)品開發(fā)可順利實現(xiàn)量產(chǎn)，以此推進風機產(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LDO Power電源支持12-48V寬電壓輸入；
2.內(nèi)置1路運放可直接進行單電阻電流采樣重構；
3.內(nèi)置3路比較器快速直接獲取反電勢信號或硬件過流保護 ；
4.PWM支持與比較器的聯(lián)動，異常情況緊急停機保護機制，有效防止功率元器件損壞；
5.可搭配3顆N溝道預驅(qū)（UM6012）或1顆6N溝道預驅(qū)（UM6032），豐富的產(chǎn)品線器件供應選擇；
6.豐富的外設接口（SPI/UART/IIC/CAN）,支持多傳感器擴展功能；
7.板極ESD設計可靠度可達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，各功能外設配合檢測電路可進行各種失效監(jiān)測；
9.擴展了HALL接口電路，可支持有感FOC控制方案；
10.擴展了反電勢檢測電路，可支持無感FOC的順逆風檢測；
11.擴展了PWM/VSP調(diào)速功能及FG信號反饋。


三、軟件方案介紹  


a)軟件架構：
此方案整個軟件工程分為應用層、System、Common及電機庫。應用層包含系統(tǒng)初始、系統(tǒng)配置、CLI引擎、通用任務、電機控制API、電機任務等。System層包含Startup啟動、中斷服務、時鐘、睡眠與低功耗等。Common層包含消息隊列、軟定時器、延時/串口輸出、實用工具等。電機庫包含PID 環(huán)路、換相函數(shù)處理、芯片驅(qū)動庫等。
b)軟件設計框圖：
控制器上電后進入系統(tǒng)配置，依次進行IO端口配置，AD轉(zhuǎn)換模塊配置，定時器的配置，中斷初始化，定時器初始化，保護參數(shù)初始化，交互參數(shù)初始化，初始化狀態(tài)檢測，使能中斷，最后進入主循環(huán)（App-Task）執(zhí)行相應app層事件。


電機控制部分主要在高頻中斷中執(zhí)行運算，主要處理FOC運算部分，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/雙電阻電流重構等組合方案，方案框圖如下所示：    



c)電機算法庫概要：


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
  • 防電源反接電路設計
  • 支持PWM調(diào)速及FG信號反饋
  • 順逆風啟停
  • 硬件過流，欠過壓，欠過溫，限/過流，堵轉(zhuǎn)等全功能保護


測試波形：
   


五、解決方案優(yōu)勢  


1.低功耗技術指標


  • 1.1μ[email protected] DeepSleep+RTC模式，RCL運行，IO、SRAM以及寄存器數(shù)據(jù)保持 
  • 0.44μA @3.0V Stop模式，所有時鐘停止，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性能作為基礎要求融入芯片定義，在設計階段進行針對性優(yōu)化，并結合板級設計通過了目前所有電控項目的ESD及EMC測試；
3.高集成度，內(nèi)部集成3路比較器，1路運放，硬件加速器，減少外圍電路及布板空間；


4.分層設計的軟件架構，豐富且成熟的電機算法庫，降低開發(fā)設計難度及技術門檻。



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