盛群以Cortex-M3實現FOC變頻馬達控制方案
盛群以Cortex-M3實現FOC變頻馬達控制方案
2012/12/20-劉一婷 據統計，全球約有51%的電力消耗於推動各種馬達。因此，在環保意識高漲的情況下，提高馬達控制系統的效能、達成節能省電的目標成為大勢所趨，馬達控制IC也成為市場的新熱點。
為實現更精準、智慧化的馬達控制，變頻馬達必須採用MCU甚至DSP來執行各種演算法。近年來，在DSP產品價格較高以及MCU產品性能迅速提高的情況下，MCU成為中低端馬達控制領域的新銳力量，市場規模增長迅速。來自賽迪顧問的數據顯示，從2006年起，大陸馬達控制MCU市場規模就已突破人民幣100億元，顯見這個市場有多麼的巨大。
長久以來，這個市場一直為歐美日等MCU/DSP廠商所主宰，台灣的廠商一直都沒能在這這個舞台上浮上檯面。為了提升台灣在此領域的自主能力、提供台灣馬達控制廠商較低價的MCU解決方案以及提升台灣本土廠商的競爭力，盛群設計團隊特別專注於深入了解變頻馬達控制系統，並開發了相關的軟硬體包含整合32-bit MCU、控制馬達的專用PWM timer、高精密度的ADC以及FOC演算法(如圖一所示)等。主要應用領域可涵蓋如冷氣壓縮機、送料機、吸塵器、電動腳踏車、跑步機、洗衣機等產品上，馬達控制圖如二所示。
經評估，要達成如圖三的低價控制系統，使用的CPU core的運算效能至少要達50DMIPS以上，MCU的ADC轉換速度需要達800Ksps以上且精準度要達11-bit以上，且PWM與ADC更要能同步運作。
基於上述系統效能及相關IP分析結果，盛群半導體特別研發了一系列以ARM Cortex-M3為內核的32-bit MCU HT32F1755/1765，特別適用於FOC三相馬達控制系統，如圖四所示。
其功能如下：操作速度可達72MHz，效能可到90DMIPS，即1秒可執行9,000萬個指令，約是台灣其他競業產品的2倍，符合FOC座標轉換(Clarke & Park)及轉子位置預估所需之高速運算能力。其次，具12-bit 1Msps 8 channel的高速高精度ADC。
產品整合了特殊的PWM Timer(Motor Control Timer Module；MCTM)，可以達到16-bit up/down counter、Up to 4 independent channels for Input Capture and Compare Match Output/PWM、Complementary PWM Outputs with programmable dead-time、Break Input可藉由外部IO輸入訊號停止PWM輸出，可用於保護機制如過電流等，在Trigger ADC部分可在PWM週期內觸發ADC，用於電流數據讀取。
而FOC三相馬達控制系統，具大塊記憶體(128KB Flash及64KB SRAM)，無需外掛記憶體(RAM/NOR等)，有效減少外部元件，達到面積縮小，成本降低及耗電量減少之目的，且提供彈性通訊介面如USB及UART等。
下列為盛群馬達控制系統架構圖(如圖五)，在控制板方面可使用在馬達控制運算及人機介面，驅動板與馬達連結，實際輸出三相PWM及輸入電流，隔離板可隔離2kV高壓，馬達可為ACIM or PMSM(BLDC)等，而軟體則是提供Firmware Library、FOC控制Library以及人機介面相關Source Code，通過IDE編譯後，即可通過e-Link32燒錄至控制板，進行後續之控制調整及測試。
DIGITIMES中文網 原文網址: 盛群以Cortex-M3實現FOC變頻馬達控制方案 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&cat=10&id=0000315471_FVQ5NMTL69HHB72JY54WR#ixzz2FY8OboYU
