智能伺服，精准控制：匠基于芯创科技M6800系列MCU的低压伺服硬件方案设计，助力工业升级

时间： 2024-09-03 来源：匠芯创科技公众号

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匠芯创科技低压伺服硬件方案

随着工业4.0的推进和智能制造的兴起，工业机器人和电子制造设备经历了迅猛发展。低压伺服系统作为关键动力与控制组件，提高了生产效率和精度，促进制造工艺的自动化和智能化，在新兴产业中的应用日益增多，成为推动工业自动化和智能制造的关键力量。

匠芯创科技推出基于工业级高性能实时控制DSP M6800系列芯片的低压伺服硬件方案，以解决传统伺服系统在性能、可靠性和成本效益方面的挑战，助力客户快速实现产品的创新和市场竞争力的提升。

1. 电源篇

如下为M6800系列芯片低压伺服DEMO电路框架图：

接下来我们从电源部分开始介绍。

DC24~72V直接输入：

通过DC-DC输出15V与12V（用于风扇供电），15V通过DC-DC输出5V，5V通过DC-DC输出1.2V给予芯片内核供电和通过LDO输出3.3V用于给芯片供电，这里需要直接关注的点就是DC-DC电源芯片的输出电感选型计算。

例如5V电源输出，电感的具体计算公式为：

L：输出电感，单位H

Vout：输出电压，单位V

Vin：输入电压，单位V

Fsw：开关频率，单位Hz

Iout：输出电流，单位A

Kind：纹波电流与输出最大电流之比，一般取0.35

我们所选取的芯片开关频率为400KHz，输出电感为我们所需要求的参数，Iout是我们的输出电流，输出电流可以这样计算，5V所有供电的器件的电流的总和即为输出电流，本次设计电流为450mA，需要留有一定裕量取1A计算，最后计算电感值为23.81uH。取22μH，电感额定电流也需留有裕量，这里取值为1A，所以在选型电感的时候按照22μH，1A取选型即可，其余的DC/DC可按照数据手册同理计算。

2. 电流采样篇

M6800系列MCU芯片对于电机控制算法中的电流反馈输入方式：支持SDFM硬件解码输入及ADC采样输入。

SDFM硬件解码：

M6800系列芯片最多可支持4个SDFM并且支持串行输入解码与SINC1/2/3滤波器和支持OSR可配置（1~256），每个SDFM口可以接一个高精度隔离式 Sigma-Delta（ΣΔ）调制器，高精度隔离式 Sigma-Delta（ΣΔ）调制器有主动式时钟和被动式时钟两种型号，当使用的是主动式时钟的高精度隔离式 Sigma-Delta（ΣΔ）调制器时，只需要把时钟和数据管脚直接连接到M6800的SDFM采样模块的时钟输入引脚即可，如果是被动式时钟，则需要M6800主动生成一个时钟信号给高精度隔离式 Sigma-Delta（ΣΔ）调制器的时钟输入脚，同时也要把这个时钟信号接到M6800的SDFM模块的时钟输入引脚。

SDFM模块应用原理如下图：

ADC采样输入：

在M6800系列芯片的低压伺服DEMO上提供了2种ADC采样方式可供客户选择：上桥臂霍尔采样及下桥臂采样电阻采样。

上桥臂采样示意图如下：

上桥臂采样：在逆变器上桥与电机线之间进行采样，这种采样方法的优点是所采样的电流是连续的，可以实时反映电机的每一相电流，从而有效的提高控制精度与动态响应速度，但缺点是硬件成本相对下桥臂采样成本过高。

下桥臂电流采样示意图如下：

下桥臂电流采样：在逆变器下桥臂与母线负极之间进行采样，这种采样方法的优点是相对上桥臂，成本低，实现更简单，但是缺点是：只有在下桥臂开通时才能采样到电流，采样出来的电流是非连续的波形，必须保证每个PWM的周期内有足够的导通时间让其获取有效的电流采样，因此PWM的设置与ADC采集之间的同步显得尤为重要。

3. 编码器篇

电机控制算法除了电流采样还需要读取电机转子位置信号。M6800系列芯片可以支持增量式便编码器与绝对式编码器，我们的绝对式编码器硬件解码模块支持以下几点：

1) 可以支持两个编码器接口

2) 位置数据可以自动获取

3) 支持TA-IF/BISS-IF/ENDAT-IF协议

4) 最高可支持24-bit位置数据获取。

在DSP通过编码器反馈电路与电流采样电路后，这些数据传输到我们的HCL（硬件电流环）内进行处理，从而完成对电机的一个闭环控制。我们硬件电流环支持以下功能：

1) 支持自动获取ADC数据

2) QEP/TA-IF/ENDAT-IF/BISS-IF编码器位置数据

3) 支持CLARKE/PARK/PID/IPARK/SVPWM算法硬件加速

4) 内置死区补偿算法

5) 支持自动更新EPWM输出占空比

6) 支持断点模式

以上便是关于M6800芯片应用于低压伺服行业的一些实战应用。

匠芯创科技M6800系列MCU芯片引领低压伺服系统通过其高性能实时控制能力，为工业自动化和智能制造提供了强大的动力和精准控制。该方案优化了电源设计、驱动保护、电流采样，并全面支持编码器技术，为智能制造注入了创新动力。展望未来，M6800系列将继续推动工业自动化向更高效、智能的方向发展。

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2023/10/25 - 匠芯创 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

森国科MCU产品SGK32G031H6Q8在三相电机中试产成功

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2024-06-11 - 产品代理服务技术支持采购服务

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2024-11-07 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

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2024-05-18 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

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