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MC03x性價(jià)比之王服務(wù)器風(fēng)機(jī)方案評測

2023-06-25
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本帖最后由 AaronPMSM 于 2022-12-16 14:52 編輯 #申請?jiān)瓌?chuàng)# 最近想找個(gè)國內(nèi)的芯片來開發(fā)服務(wù)器風(fēng)機(jī)的方案，由于這種方案非常在意成本與方案集成度，在業(yè)內(nèi)咨詢了一下，最近有什么電機(jī)驅(qū)動MCU比較火，比較適

本帖最后由 AaronPMSM 于 2022-12-16 14:52 編輯

#申請?jiān)瓌?chuàng)#
最近想找個(gè)國內(nèi)的芯片來開發(fā)服務(wù)器風(fēng)機(jī)的方案，由于這種方案非常在意成本與方案集成度，在業(yè)內(nèi)咨詢了一下，最近有什么電機(jī)驅(qū)動MCU比較火，比較適合拿來開發(fā)，在網(wǎng)上搜到了這個(gè)文宣”凌鷗引領(lǐng)黑科技：20萬高轉(zhuǎn)速、高集成、小封裝，性價(jià)比之王”，資料研究后，發(fā)現(xiàn)剛好具備了服務(wù)器風(fēng)機(jī)需要的特性，高轉(zhuǎn)速、高集成、與價(jià)格優(yōu)勢，進(jìn)一步的深入的研究一下此產(chǎn)品，參考了一下產(chǎn)品的roadmap如下圖。

經(jīng)過諮詢代理商后，得知性價(jià)比之王就是里面的MC03X了，看了下一些比較看重的規(guī)格如下列

48MHz 32 位 Cortex-M0 內(nèi)核，硬件除法協(xié)處理器。
32kB flash，帶 flash 防竊密功能，4kB RAM。
內(nèi)置 4MHz 高精度 RC 時(shí)鐘，全溫度范圍精度 ±1%。
集成 2 路 OPA，可設(shè)置為差分 PGA 模式，集成兩路比較器，集成LDO。
集成 1 路 12bit SAR ADC，1.2Msps 采樣及轉(zhuǎn)換速率，共 11 通道。
雙N預(yù)驅(qū)或P+N預(yù)驅(qū)兩種可選。

過去在服務(wù)器風(fēng)機(jī)這個(gè)行業(yè)做了一些方案，也采了不少坑，來依序分析一下這些規(guī)格其中的亮點(diǎn)。

高精度RC時(shí)鐘全溫度范圍精度 ±1%相當(dāng)重要，因?yàn)榉⻊?wù)器風(fēng)機(jī)行業(yè)要求轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)度，但因?yàn)槌杀疽蛩赜植荒苁褂猛獠烤д�，通常都只能使用�?nèi)部晶振，國內(nèi)能夠做到全溫度范圍精度±1%。算是行業(yè)內(nèi)相當(dāng)靠前的了。
集成OPA、DAC、LDO、比較器，因服務(wù)器風(fēng)機(jī)行業(yè)，有使用無感方波與無感FOC方案，所以都需要以上幾種外部器件，看起來凌鷗這個(gè)配置是有考慮到行業(yè)應(yīng)用才有此設(shè)計(jì)，可以大幅度的精減外部器件，布板起來也方便些。
可選雙N預(yù)驅(qū)或P+N預(yù)驅(qū)，在服務(wù)器風(fēng)機(jī)上，以前常遇到有些客戶想要用雙N MOSFET，有些人想要用P+N MOSFET，MC03X系列看來都有包含，所以此產(chǎn)品很適合用來做系列產(chǎn)品平臺開發(fā)。

代理商也提供了我一片MC034DO開發(fā)板以及無感FOC與無感方波方案例程，接下來我分別實(shí)測無感方波與無感FOC方案性能。

MC034DO開發(fā)板

無感方波方案評測

研究了一下此方案的線路圖，又發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的設(shè)計(jì)巧思如下圖，已經(jīng)把無感方波常用到的反電勢中性點(diǎn)線路，直接內(nèi)含到芯片內(nèi)，并且已經(jīng)與比較器外設(shè)做連結(jié)。又進(jìn)一步的可以精簡外圍器件。

此無感方波方案分成兩種驅(qū)動模式，模式1: 120度六步方波驅(qū)動，與模式2: 150度十二步方波驅(qū)動。依照方案的介紹150度方波驅(qū)動在震動噪音表現(xiàn)上會好一點(diǎn)，電壓利用率也高點(diǎn)，凌鷗的十二步方波驅(qū)動是可調(diào)整的，可從135度調(diào)整到150度，下面是實(shí)測的波型，量測三相UVW驅(qū)動電壓與U相電流，使用相同的12服務(wù)器風(fēng)機(jī)，分別都跑到最大占空比后，的確150度的轉(zhuǎn)速是最高的，代表有較高的電壓利用率，至于電流上，可以看的出來十二步方波的電流正弦度比六步方波好，在直觀聽覺與手感上，分不出來有降低震動跟噪音，應(yīng)該需要量測儀器才能分出來，但從波形來判斷，電流更近似弦波的十二步方波控制會有較佳的震動噪音表現(xiàn)。

六步方波與十二步方波運(yùn)轉(zhuǎn)波型

另外還有一個(gè)特點(diǎn)，DAC、比較器、PWM三個(gè)外設(shè)搭配，可以做到硬件式的逐周期限流保護(hù)，這個(gè)特點(diǎn)在一般的MCU芯片上并不常見。限流點(diǎn)設(shè)置在3.5A，從波型可看出達(dá)到限流點(diǎn)，PWM立即的關(guān)斷一周期，可由藍(lán)色的電流波型搭配黃色電壓驅(qū)動波型可以觀察出來，這種方式比軟件限流的方式更加即時(shí)且精準(zhǔn)。

限流保護(hù)測試波形

無感FOC方案評測

凌鷗分別提供了單電阻與雙電阻FOC方案，因?yàn)橐呀?jīng)內(nèi)置差分輸入的運(yùn)放，并可支持四段放大倍率調(diào)整，測試一下性能，如下圖請動波型相當(dāng)平穩(wěn)，電流正弦度也相當(dāng)好。

無感FOC啟動波形

于無感FOC下，強(qiáng)逆風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)，也提供相應(yīng)的逆風(fēng)啟動功能，測試波形可參考下圖，采用短路煞車、逆向運(yùn)轉(zhuǎn)、正向拖動與正向死循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，可看到整體電流平穩(wěn)，母線電壓也沒有過壓的現(xiàn)象，

無感FOC方案逆風(fēng)啟動波形

也支持五段式與七段式SVPWM，實(shí)測波型如下，可以依照實(shí)際情況的需求來選擇調(diào)變方式。

五段式與七段式SVPWM波形

評測完了之后以DEMO的表現(xiàn)相當(dāng)滿意，已經(jīng)測過了雙N預(yù)驅(qū)方案，準(zhǔn)備從MC03x系列選一個(gè)適合的料號來使用，如下圖可見MC03x系列相當(dāng)完整，不同的耐壓范圍、預(yù)驅(qū)模式、多種包裝形式TSSOP到QFN皆具備。