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廣芯微發布基于UM321xF的工業風機類產品解決方案
發布人：廣芯微 發布時間：2023/12/15

一、前言 


隨著中國工業化進程的加快，風機行業成為工業領域的重要設備之一。目前，中國風機行業市場的規模龐大，產品類型多樣，市場競爭激烈。近年來，中國風機行業市場規模一直保持著快速增長的趨勢。根據中國氣動工程學會發布的數據，2024年，中國風機行業市場規模達到了2000億元，同比增長了10%以上。同時，風機行業產品的質量和技術水平也得到了大幅提升，大部分企業已經能夠生產高效節能的產品，滿足客戶對產品性能的需求。


目前，中國風機行業市場主要分為工業風機和民用風機兩大類。工業風機主要應用于煤礦、電力、化工、冶金等行業，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，用于室內通風、排濕等方面。兩大類風機市場規模較大，其中工業風機市場規模較大，但民用風機市場增速較快，發展潛力大。


廣芯微基于UM321xF系列芯片開發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品開發可順利實現量產，以此推進風機產品的快速上市。


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.內置1路運放可直接進行單電阻電流采樣重構；
3.內置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（UM6012）或1顆6N溝道預驅（UM6032），豐富的產品線器件供應選擇；
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。應用層包含系統初始、系統配置、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 環路、換相函數處理、芯片驅動庫等。
b)軟件設計框圖：
控制器上電后進入系統配置，依次進行IO端口配置，AD轉換模塊配置，定時器的配置，中斷初始化，定時器初始化，保護參數初始化，交互參數初始化，初始化狀態檢測，使能中斷，最后進入主循環（App-Task）執行相應app層事件。


電機控制部分主要在高頻中斷中執行運算，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據，低頻中斷主要處理速度/功率外環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的電流轉速雙閉環控制系統，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、功能參數及測試波形  


功能參數：    


  • 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，堵轉等全功能保護


測試波形：
   


五、解決方案優勢  


1.低功耗技術指標
  •        1.1μA@3.0V DeepSleep+RTC模式，RCL運行，IO、SRAM以及寄存器數據保持 
  •        0.44μA @3.0V Stop模式，所有時鐘停止，IO、SRAM以及寄存器數據保持 
  •        123μA/MHz @3.0V @48MHz Active模式 
  •        3.7μs快速睡眠喚醒系統
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，降低開發設計難度及技術門檻。



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廣芯微電子（廣州）股份有限公司聚焦光伏新能源、物聯網、工業控制和汽車電子產業，為客戶提供差異化的微處理器芯片與性能卓越的模擬與射頻前端芯片，以及低功耗IoT方案平臺，數字電源方案平臺和電機控制方案平臺。廣芯微獨有的低功耗芯片設計方法、高效率的變頻電控技術、大功率的PD快充協議以及多樣性無線連接技術整合而成創新與差異化的集成電路設計，在健康醫療電子、消費電子、智慧家庭、工業控制、傳感器與表計等領域已經得到了廣泛的應用。

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