英飞凌XMC微控制器完美支持电机控制_V1.0

英飞凌XMC家族微控制器完美支持多种电机控制应用2013-12电机控制在线研讨会荆晓博内容电机控制的需求XMC家族产品如何满足各种电机应用要求XMC电机控制应用实例Page22013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.内容电机控制的需求XMC家族产品如何满足各种电机应用要求XMC电机控制应用实例Page32013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机控制需求电机类型常见电机控制方式对MCU的需求平台性电机控制MCU的特点Page42013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机是什么？电机Motorisadevicethatcreatesmotion.―电能-〉动能的转换定子磁场与转子磁场相互作用（最优：90度）定子磁场―绕组产生，旋转磁场转子磁场―绕组产生（直流有刷电机，异步电机）―永磁体（永磁同步电机）电机控制：控制定子磁场、转子磁场定子转子Page52013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机类型电机种类交流电机异步电机感应电机同步电机永磁同步电机*同步电机开关磁阻电机步进电机直流电机*含直流无刷电机（BLDC)Page62013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机控制方式•梯形波控制•霍尔传感器，无（位置）传感器（A/D,比较器）直流无刷电机（BLDC）•简易正弦波控制•磁场定向控制（FOC）•霍尔传感器，增量式编码器，旋转编码器，无（位置）传感器永磁同步电机（PMSM）•V/f•磁场定向控制（FOC）•增量式编码器，旋转编码器，无（位置）传感器交流异步电机（ACIM）Page72013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机控制系统结构框图电机ABZUVW逆变器ADC位置传感器接口PWMCPUEthernetCANUSBRS485...通讯接口旋转编码器增量式编码器MCU霍尔传感器CPUPWMA/D位置传感器通讯接口Page82013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机控制逆变电路拓扑种类全桥M半桥M三相全桥PFC+三相全桥PFC三电平逆变器BacktobackinverterPage92013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.电机控制用MCU特点足够的运算能力强大的PWM灵活的ADC丰富的位置接口单元通信接口参考方案支持Page102013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.平台性电机控制MCU的特点相同的内核架构•应用层代码相互兼容•运算能力从低-高•控制方式简单-复杂Page112013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.内容电机控制的需求XMC家族产品如何满足各种电机应用要求XMC电机控制应用实例Page122013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC–完美支持多种电机控制多种电机类型•DCMotor•BLDC•PMSM•ACIM•开关磁阻电机全速度范围•低、中速应用•高速应用•电动工具•航模控制器多传感器接口•霍尔传感器•增量式编码器•旋转编码器•一些非标准接口模式多种控制方式•电压控制•梯形波控制（有、无传感器）•简易正弦波•磁场定向控制（有、无传感器）Page132013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC–完美支持多种电机控制•32位Cortex-M内核，32M-120MHz足够的运算能力•CCU4、CCU8满足所有常见电机拓扑及控制需求强大的PWM•高速、灵活、同步机制等满足高实时电流采样需求灵活的ADC•支持电机应用中常见的所有传感器接口丰富的位置传感器接口单元•支持多种常见的通信接口通信接口•DAVE支持整个XMC家族的开发，自动代码生成功能加速项目开发统一的开发平台•从简单BLDC控制至复杂的伺服控制参考方案支持Page142013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC–完美支持多种电机控制Cortex-M0内核32MHz针对低端电机控制Cortex-M4内核80~120MHz针对中高端电机控制XMC4000XMC1000工业应用XMC=CrossMarketMicrocontrollerPage152013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC1000–32位MCU@8位价格32-bitARM®CortexTM-M0,32MHz64MHzMATH协处理器(CORDIC/DIVIDE)Flash:8～200K字节,RAM:16K字节工作电压范围:1.8V–5.5V用于IP加密的AES128位加密下载模式丰富的电机专用单元(CCU4,CCU8,POSIF,A/D,CMP)兼容IEC60730ClassBXMC1000主要特性电机控制LED照明数字电源转换XMC1000目标应用传感器控制通用应用Page162013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC4000–高性能实时信号处理器32位ARM®CortexTM-M4内核，80~180MHz浮点运算单元（FPU）、DSP、DMAFlash:64K～2.5MByte,ECCRAM:20~256KByte最强的PWM单元（CCU4，CCU8）多核多通道12-BitADC丰富的通讯接口（USB,CAN,Ethernet,UART,SPI,I2C,I2S）丰富的工业控制单元(POSIF,A/D,DAC,HRPWM(150ps),Σ-∆解调器)业界唯一工作温度范围达125°C的Cortex™-M4产品XMC4000目标应用电机控制功率变换光伏系统工业自动化人机界面Page172013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC微控制器运算能力XMC100032位CortexTM-M0内核，32MHz16K字节RAM―运行程序，0waitstatesMath单元（协处理器）―与CPU并行―32位除法器，时间0.53us―24位三角运算单元―sin,cos,atan…，计算时间~1usXMC400032位CortexTM-M4内核80~180MHzDSP,单精度FPUCache,DMAMathUnit32位除法器24位三角运算单元64MhzPage182013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC电机应用相关外设集模块XMC1100XMC1200XMC1300XMC4100XMC4200XMC4400XMC4500CCU41112244CCU811122POSIF12222A/D(12-bit)11(2xS&H)1(2xS&H)2244DSD44通讯接口1xUSIC1xUSIC1xUSIC2xUSIC,2xCAN,USB2xUSIC,2xCAN,USB2xUSIC,2xCAN,USB,Ethernet3xUSIC,3xCAN,USB,Ethernet定时器(CCU4)定时器计数器单路PWMCCU8互补PWMPOSIF霍尔传感器增量式编码器ADC12-bit多核ADC旋转变压器接口DSD(Σ-∆解调器）通讯接口USIC(UART/SPI/I2C/I2S)EthernetUSBCANPage192013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC电机应用相关外设集PWM-CCU4CCU4多功能16位定时器组４个完全相同、独立运行的子单元实现功能（部分）―通用16位定时器―独立的16位PWM生成―外部信号捕获（周期，占空比），计数功能―与其他外设配合工作，如―与ADC配合，触发延时电流采样―与POSIF配合，实现转速、位置计算：霍尔传感器，增量式编码器―与比较器配合，实现外部事件触发PWM生成(PFC)Page202013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC电机应用相关外设集PWM-CCU8CCU8=CCU4++集成CCU4所有功能８对互补PWM输出（独立死区）支持常见的各种电机拓扑PWM生成―半桥、全桥、三相全桥、三电平控制等支持移相PWM：单母线电阻电流采样与POSIF配合，实现BLDC控制硬件触发ADC采样MultiPhaseControl-3-PhaseMotorControl-NPhasePowerSupplies-AsymmetricPWM(CCU8x)forPhaseShift-TrapCompare3Asymm.Comp.2Compare1PWM3Asymm.PWM2PWM13-LevelPWM-ForHigherResolution,EMCquality&Efficiency移相PWM生成CCU8-业内唯一可直接驱动三电平拓扑的PWM单元Page212013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC电机应用相关外设集ADC&比较器(XMC1000)特色12通道，12位ADC双采样保持单元―XMC1200/1300高速―1.28MSPScalibrated增益可调―1x,3x,6x,12x多种转换请求方式―队列，扫描，Background灵活的硬件触发机制―PWM,I/O等等丰富的中断资源三路独立、高速比较器单元3mV输入偏置电压30ns传输延时可触发PWM,A/D操作回差可调：0mV,15mV,20mVA/DConverterPage222013-12-20Copyright©InfineonTechnologiesAG2013.Allrightsreserved.XMC电机应用相关外设集ADC(XMC4000)四“核”ADC,12位分辨率，26个通道（XMC4500)483ns转换时间，67ns采样时间（可配置）灵活的转换请求方式―队列、扫描、后台运行可由各种PWM（CCU8,CCU4）事件触发转换灵活的结果处理及滤波―硬件支持多次平均，FIR,IIR滤波―边界检测灵活的中断生成ADC3K3_xconversionK2_xconversionK1_xconversionADC1ADC0ADC2K0_xconversionmin4xtsampleK0_xconversionK1_xconversionK2_xconversionK3_xconversionidleidle