英飞凌XMC微控制器完美支持电机控制_V1.0

XMC4000目标应用
电机控制
功率变换
工业自动化 人机界面
业界唯一工作温度范围达125°C的Cortex™-M4产 品
2013-12-20
光伏系统
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XMC1000目标应用
丰富的电机专用单元 (CCU4,CCU8,POSIF,A/D, CMP)
电机控制
LED 照明
传感器控制 通用应用
兼容 IEC 60730 Class B
数字电源转换
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灵活的ADC •高速、灵活、同步机制等满足高实时电流采样需求
丰富的位置传感器接口单元 •支持电机应用中常见的所有传感器接口
通信接口 •支持多种常见的通信接口 统一的开发平台
•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 参考方案支持
•从简单BLDC控制至复杂的伺服控制
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XMC微控制器运算能力
XMC1000


XMC4000

32位CortexTM-M0内核， 32MHz
16K字节RAM
― 运行程序，0 wait states
32位CortexTM-M4内核 80~180MHz DSP, 单精度FPU Cache, DMA

Math单元（协处理器）
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
2013-12-20
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XMC – 完美支持多种电机控制 XMC = Cross Market Microcontroller
XMC4000
Cortex-M4内核 80~120MHz
针对中高端电机控制
XMC1000
Cortex-M0内核 32MHz
针对低端电机控制
工业应用
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电机类型
电机种类
交流电机
直流电机
异步电机
同步电机
感应电机
永磁同步 电机*
同步电机
开关磁阻 电机
步进电机
* 含直流无刷电机（BLDC)
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电机控制方式
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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Biblioteka Baidu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)
XMC电机应用相关外设集 ADC & 比较器 (XMC1000) A/D Converter
特色

12通道，12位ADC 双采样保持单元
― XMC1200/1300
三电平逆变器
PFC
Back to back inverter
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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
多种电机类型
• DC Motor • 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）
移相 PWM生成
3-Level PWM
- For Higher Resolution, EMC quality & Efficiency
CCU8 - 业内唯一可直接 驱动三电平拓扑的PWM单元
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― 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）
转子
电机控制：控制定子磁场、转子磁场 定子
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2x USIC,2x CAN,USB
2x USIC,2x CAN,USB
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2x USIC,2x CAN, USB, Ethernet
3x USIC,3x CAN, USB, Ethernet
XMC1000 – 32位MCU@8位价格
XMC1000主要特性
32-bit ARM® CortexTM-M0, 32MHz
64MHz MATH 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AES 128位加密下载模式
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XMC – 完美支持多种电机控制
足够的运算能力 •32位 Cortex-M内核，32M -> 120MHz
强大的PWM •CCU4、CCU8满足所有常见电机拓扑及控制需求
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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
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直流无刷电机（BLDC）
• 梯形波控制 • 霍尔传感器，无（位置）传感器（A/D, 比较器）
永磁同步电机（PMSM） • 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 交流异步电机（ACIM） • 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
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电机是什么？
电机

"Motor" is a device that creates motion.
― 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
― 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
Math Unit
32位除法器 64Mhz 24位三角运算单元
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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、DMA Flash:64K～ 2.5MByte, ECC RAM: 20~256KByte 最强的PWM单元（CCU4，CCU8）
多核多通道12-Bit ADC 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)
通讯接口
CAN Ethernet USB RS485
. . .
MCU
旋转编码器
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电机控制逆变电路拓扑种类
半桥 全桥
三相全桥
M
M
PFC+三相全桥
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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
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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
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
Compare 3 Asymm. Comp. 2 Compare 1 PWM 3 Asymm. PWM 2 PWM 1


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
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XMC电机应用相关外设集
定时器 (CCU4)
定时器
CCU8
互补PWM
POSIF
霍尔传感 器 增量式编 码器
ADC
12-bit
旋转变压 器接口
DSD(Σ-∆ 解调器）
通讯接口
USIC(UA RT/SPI/I 2C/I2S) Ethernet
计数器
多核ADC
单路PWM
USB
CAN
模块
CCU4 CCU8
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电机控制系统结构框图
电机 逆变器
CPU
U
V
W
霍尔传感器
PWM
ADC PWM
增量式 编码器
A
A/D 位置传感器 通讯接口
CPU
B
Z
位置 传感器 接口
XMC1100
1
XMC1200
1
XMC1300
1 1
XMC4100
2 1
XMC4200
2 1
XMC4400
4 2
XMC4500
4 2
POSIF
A/D(12-bit) DSD 1 1(2x S&H)
1
1(2x S&H)
2
2
2
2
2
4 4
2
4 4
通讯接口
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1x USIC
1x USIC
1x USIC
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XMC电机应用相关外设集 PWM - CCU8
CCU8 = CCU4++


Multi Phase Control
3-Phase Motor Control N Phase Power Supplies Asymmetric PWM (CCU8x) for Phase Shift Trap
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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
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XMC – 完美支持多种电机控制