撬动工业4.0，5大电机控制平台谁主沉浮

工业4.0（Industry4.0）是德国政府《高技术战略2020》确定的项目之一，该项目旨在通过利用信息通讯技术和网络技术，将制造业向智能化转型。“工业4.0”分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现，意味着设备之间可以相互沟通，并能在智能联网的生产流程中独立运作；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。我国也在推进传统制造业的转型与升级，在这样的大背景下，传统的电机和电机控制行业也正在发生变化，对电机控制系统也提出了新的需求……

 

ADI：ADSP-CM408F开发套件

针对电机控制系统，ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要 器件的完整解决方案，相关产品包括了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离 器和电源管理器件。这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计，为客户实现系统的差异化设计带来价值。

 

ADSP-CM408F混合信号控制处理器集成双通道高精度16位ADC和一个ARM® Cortex-M4TM处理器内核，其浮点运算单元工作于240 MHz的内核时钟频率，集成384KB SRAM存储器、2MB闪存，以及专门针对光伏(PV)逆变器控制、电机控制和其他嵌入式控制应用而优化的加速器和外设。

 

ADSP-CM408F评估板正面

ADSP-CM408F评估板背面

 

该套件集成了双路同步采样的16位高精度类比转换器（ADC），基于Cortex-M4内核的混合信号微控制器——ADI ADSP-CM408F。

 

ADSP-CM408F评估板硬件系统框图

 

ADSP-CM408F评估板板载资源：

ADSP-CM408F混合信号控制处理器，基于ARM Cortex-M4处理器，内置2MB SPI FLASH

2个16位的SAR ADC，每个ADC带8路输入 ，采样率达2.6Msps，转换速率快达380ns

10/100以太网PHY（Ti DP83848C）

USB OTG FS

2个CAN接口（收发器ADI ADM3053）

RS-485接口（收发器ADI ADM2682E ）

RS-232接口（收发器ADI ADM3252E）

256K×16位（4Mb）SRAM （赛普拉斯CY7C1041DV33）

40字符显示屏（TWI接口）

扩展接口：PWM、ASYNCH、ANALOG扩展接口

调试接口：P1（JTAG/SWD）;P2（TRACE/JTAG/SWD/SWV)

复位按键、系统唤醒按键、两个用户按键

系统错误指示LED*1、复位LED*1、电源LED*1、以太网速LED*1、用户配置LED*4

德州仪器：DesignDRIVE套件

DesignDRIVE平台可帮助工程师更加轻松地开发和评估面向众多工业驱动和伺服器拓扑的解决方案。DesignDRIVE套件和示例软件可提供着手探索各种电机类型、传感技术、编码器标准和通信网络的简单途径，同时可通过实时以太网通信和功能安全拓扑进行开发的轻松扩展，从而实现更全面、集成度更高的系统解决方案。基于TI C2000微控制器(MCU)的实时控制架构，DesignDRIVE是机器人、计算机数控机械(CNC)、电梯、物料输送以及其它工业生产应用中工业逆变器和伺服器驱动开发的理想选择。

 

TI全新的DesignDRIVE套件可提供一个具有完全功率级的集成型设计，由此驱动三相电机，简化对各种范围反馈传感和控制拓扑的评估。该套件包括一个基于TI C2000 Delfino TMS320F28377D MCU的180引脚HSEC controlCARD，它集成了双C28x实时处理内核以及双CLA实时协处理器，能够提供具有集成三角函数和FFT加速的800 MIPS浮点性能。

 

TI C2000 Delfino TMS320F28377D MCU

 

MCU上的配备了精密的传感外设，包括8个Σ-Δ滤波器、4个高性能16位模数转换器(ADC)和8个窗口比较器，使得DesignDRIVE套件能够同时支持分流器、磁通门和HALL以及Σ-Δ电流传感。对于位置反馈，此套件充分利用集成型MCU来支持与解角器和增量编码器的对接。此外，用户还可探索配置选项，将MCU放置在高压隔离栅的任何一端。DesignDRIVE套件由110V/220V交流电源供电，提供高达8A的电流，可驱动高达1马力的电机。

 

DesignDRIVE软件由C2000 controlSUITE软件包提供支持，并且整合了特定的电机矢量控制示例，包含电流、速度和位置回路等，以帮助开发人员立即开始评估和开发。DesignDRIVE套件将作为展示TI全新驱动项目的通用平台，而这些项目将通过未来的controlSUITE发布。此外，该套件与具有代码生成和调试功能的TI Code Composer Studio集成开发环境(IDE)一同提供。TI C2000 F28377D MCU也可支持Altair基于VisSim模型的仿真软件工具。

 

英飞凌：XMC4500 Relax Lite Kit

XMC4500系列微控制器主要基于高性能的ARM Cortex-M4处理器内核，是英飞凌针对电机控制、电源转换、工业控制（传感、控制）等领域推出的一款实时性较强的微控制器。

 

这套开发套件的核心芯片为 XMC4500(100pin)微控制器，这款控制器基于ARM Cortex-M4，具有 120M主频，1MB Flash和160KB RAM。开发套件集开发板和板上调试器为一体，为用户提供低成本的开发环境，让他们能够快速、顺利地启动产品设计。

 

XMC4500 Relax Lite Kit板卡

 

XMC4500 Relax Lite Kit板卡硬件原理框图

 

XMC4500 Relax Lite Kit可以支持USB相关应用或人机界面开发，同时通过排针将SPI、IIC、UART、CAN、ADC、PWM等多种信号引出，方便用户进行多种功能的评估。XMC4500 Relax Kit在XMC4500 Relax Lite Kit的基础上，集成了Ethernet通讯接口和串行4线SPI接口，并且带有SD卡插槽。完成评估后，用户也可将板上调试器分离，用作自己目标板的调试器。

 

本套件可以配合英飞凌的免费开发工具链DAVE3，它为用户提供大量相关的软件APP，诸如以太网、USB，用户可在英飞凌和中文社区下载进行测试评估。英飞凌还提供了相关的3个视频，用户可以根据视频，学习怎样利用Relax Kit 和 web server 并创建自己的网页。

 

XMC4500 Relax Kit主要特性：

· XMC4500 微控制器 (基于ARM? Cortex-M4)

· 可分拆的板上调试器

· 通过USB端口供电

· ESD 和电源反接保护

· 2 个用户按钮和两个LED指示灯

· 双排排针引出，2.54mm 间距

· 引出信号包括： 4 x SPI-Master、3x I2C、3 x I2S、3 x UART、2 x CAN、17 x ADC(12 bit)、2 x DAC、31x PMW

· Micro USB接口

· Ethernet PHY and RJ45 jack (only XMC4500 Relax Kit)

· RTC时钟晶振(only XMC4500 Relax Kit)

· 32 Mbit 4线-SPI Flash(only XMC4500 Relax Kit)

· Micro SD卡插槽(only XMC4500 Relax Kit)

 

意法半导体：P-NUCLEO-IHM001电机控制套件

作为Nucleo电机控制开发工具套件的核心，STM32F302微控制器的算法性能优异，DSP扩展指令集实现出色的反馈回路控制功能，同时还集 成实用的外设接口，其中包括电机控制专用定时器、运算放大器和电压比较器。微控制器预集成的算法示例是意法半导体电机控制固件库的标准固件和 STM32Cube工具，可按照客户的需求修改固件。像整个电机控制固件库一样，免费的开放式源代码可用于大多数STM32微控制器和各种硬件电路板。

 

 

今天，大约全世界发电量的二分之一是被电机消耗掉。如果采用能效更高的电机控制技术，例如矢量控制，全球用电总量到2030年可降低15%。

 

 

配合STM32电机控制生态系统的新软件，P-NUCLEO-IHM001电机控制套件让用户能够‘即插即用’（plug and spin）同步电机，无需任何专门的或附加的开发工具。新套件采用一个携带方便的吸塑包装盒（blister pack），包含STM32 F3 Nucleo微控制器板、基于STSPIN L6230电机驱动器芯片的直插式（plug-in）48V/1.4A电机驱动板以及一个低压无刷电机。

 

在连接电路板和电机后，用户使用微控制器预装的梯形（6步）或正弦（FOC）矢量控制算法示例即可运行电机。在电机运转过程中，用户可以比较并了解电机控制算法，然后，使用MC WORKBENCH配置器及代码生成器，按照自己的需求修改控制器设置（在FOC模式下）。

 

免费且基于PC的MC WORKBENCH软件可简化电机控制固件库的自定义设置（STSW-STM32100），还能帮助用户设置不同的电机或者意法半导体电机控制生态系统的其他驱动板。最新版演算法库（v4.2）引入一个便利的“Motor Profiler”工具，能够自动侦测电机参数，自动配置电机控制算法库，无需任何附加设备，一接触即可进行微调（One-Touch Tuning）的方式可在宽速度范围内简化负载和惯性的调节过程。

 

电机控制演示方案

 

ROHM： “BM620xFS系列”高耐压风扇电机驱动器

“BM620xFS系列”共有6种产品，控制器的通电类型有120度、150度、180度三种，驱动器的输出电流有1.5A、2.5A两种，可满足广泛的 市场需求。不仅如此，这6种产品均为相同的小型表面贴装封装（同等功能产品中为业界最小级别）、相同的引脚配置，可进一步节省电机PCB板的空间并可实现 通用设计，因此，还非常有助于缩短扩充配套  产品系列时的开发时间并将降低成本。

 

 

“BM620xFS系列”采用一体化封装，将利用模拟设计技术优势开发的已取得丰硕业绩的电机控制器，内置于搭载了ROHM独创的600V耐压 PrestoMOS的驱动器。因此，可极其简单地实现以往只能用2个封装实现的高效正弦波电机等。与搭载普通MOSFET的风扇电机驱动器（500V耐 压）相比，可最大限度地发挥 PrestoMOS的特性，并成功实现更高耐压与更低损耗，在电力基础设施不稳定的国家和地区也可放心使用。

 

 

为将低耐压端与高耐压端配置于两端，并内置控制器，ROHM新开发出内部结构多重改善的小型表面贴装封装，利用ROHM引以为豪的模拟设计技术，集 成控制器、600V耐压的PrestoMOS、栅极驱动器、自举用二极管等于小型封装（长22.0mm x宽14.1mm x高2.4mm）。在同等功能产品中，实现业界最小级别的尺寸。

 

 

在600V耐压的可靠性基础上，“BM620xFS系列”内置低电压保护、电流限制、过电流保护、过热保护、高速保护等风扇电机驱器所需的所有保护电路，具有抵抗意外情况的骄人可靠性。