【IC】 RISC-V内核HPM67/6400系列MCU，电流环执行时间1μs，实现高效电机控制

时间： 2023-01-11 来源：先楫半导体HPMicro公众号

技术问答

不管是工业自动化领域，还是汽车领域，抑或是生活家电领域，各个终端市场对电机性能都提出了更高的要求。它们不仅需要电机能够做到高效率和多功能控制，还需要电机在追求高转速的同时实现低噪音低振动的控制效果。在与日俱增的高标准性能要求下，高性能成了电机芯片竞争的关键。

纵观整个电机控制芯片市场，从低成本通用伺服驱控到中高性能通用伺服驱控，长于控制的MCU单芯片方案都是最常见且最受欢迎的，而且现在VC/FOC功能几乎已成为电机MCU的标配，是体现控制能力的核心竞争力。

虽然严格来说，VC和FOC二者概念上是有差异的，但在大多数场景里，二者指的是同一种控制方法。VC矢量控制（Vector Control）将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最优方法之一。

VC矢量控制不仅解决了自然坐标系上实现电机速度、电流闭环负反馈控制难的问题，而且保证了优良的速度、转矩输出性能，在工控、汽车、家用、3D打印等行业得到了迅速的发展，成为主流电机控制的基本架构，其控制原理如下图所示：

图1 VC原理

如上图所示，VC矢量控制的核心源自于闭环负反馈，因此其带宽是电机控制产品最重要的衡量指标之一。具体来说，高带宽能够带来更快的指令响应时间和更优异的高频扰动抑制能力，这种能力最终体现在电机层面上的是更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音和电机抖动。

而代码执行时间决定了带宽，是电机控制产品不可逾越的指标之一，这也造成了目前市场上电机控制产品性能输出有差异的现象。归根结底，电机控制的差异取决于芯片性能。其限制因素特别体现在以下三个方面：

主控芯片主频限制：芯片主频不够高，无法做到高速运算，以及提升带宽；
外环代码执行限制：内环代码通过原厂提供的硬件化方法可以执行很快，但是外环代码执行依旧不够快；
代码硬件化限制：芯片所有代码硬件化，却产生了开发难以及无法做一些常见电机控制算法等问题。

因此想要实现更优秀的控制性能，电机控制MCU的选择非常关键。上海先楫半导体已经量产的RISC-V内核HPM6700/6400系列芯片抓住了上述主要矛盾，通过提升主频来解决电机控制行业的痛点，得益于RISC-V本身的简洁性和模块化设计，CPU能运行在更高的频率，带来更高的性能。以HPM6700/6400系列芯片为例，参数如下图所示：

图2 先楫HPM6700/6400系列芯片

HPM6700/6400系列高性能MCU展示了先楫半导体高性能芯片的研发实力，HPM6700/6400系列主频高达816MHz，不仅能够解决上文提到的电机控制性能的三大限制，而且契合现在电机多核驱控一体的发展趋势。HPM6700/6400系列还为电机系统提供了精度达2.5ns的4组共32路PWM输出以及4个正交编码器接口和4个霍尔传感器接口，完美适配高性能电机控制和数字电源运动控制系统。

解决方案分享

先楫HPM6000系列芯片的1μs电流环

图3 案例时序

案例使用先楫HPM6000系列芯片—HPM6400系列与HPM6300系列，采用图3所示的电流环时序，分别使用HPM6400系列与HPM6300系列芯片实测VC矢量控制中的电流环执行时间。具体而言：从提升电流内环带宽的角度出发，将图1中的VC结构划分为外环（位置速度环）、内环（电流环），如图4所示：

图4 等效VC结构

在VC矢量控制中，由于采用了坐标变换，dq轴电流在稳态情况下都是直流给定，而只在加减速或者突加减负载的时候，速度环会等效输出一个阶跃指令，电流环的带宽就是电流环能够以多快的速度去响应这个指令，带宽越大响应越快。所以说电流环执行时间直接决定了电流环的带宽，是电机控制产品必须考量的指标。

结果，先楫半导体已量产系列芯片实测的电流环执行时间如下图所示：

图5 HPM6400、6300系列芯片电流环执行时间实测数据

如图5所示，HPM6300系列芯片的电流环执行时间接近1μs，HPM6400系列电流环执行时间更是控制在1μs以内，该优势不仅能够提升带宽，更是说明了先楫高性能芯片能够带来高速运算能力，实现复杂电机控制算法（如多电机同步、参数辨识、SVC（Senseless Vector Control）、谐波注入等）与电流环的同步，甚至是以更高的频率执行。在高性能先楫HPM6000系列芯片的加持下，电机产品能够不失精度地展现出更优异的控制性能。

高性能电机控制

HPM6000系列芯片介绍

HPM6700/6400系列为HPM6000系列的旗舰产品，采用RISC-V内核(*67为双核，64为单核），主频达816MHz，凭借先楫半导体的创新总线架构、高效的L1缓存和本地存储器，创下了高达9220CoreMark和高达4651 DMIPS的MCU性能新纪录。

除了高算力RISC-V CPU，HPM6700/6400系列产品还创造性地整合了一系列高性能外设，包括支持2D图形加速的显示系统、高速USB、千兆以太网、CAN FD等通讯接口，高速12位和高精度16位模数转换器，面向高性能电机控制和数字电源的运动控制系统。

HPM6300系列是HPM6000系列的另一款力作，采用单核32位RISC-V处理器，主频超过600MHz，性能超过3390CoreMark和1710 DMIPS。同时，HPM6300系列支持双精度浮点运算，模拟模块包括16位模数转换器，12位数模转换器和模拟比较器，配以多组纳秒级高分辨率PWM，为电机控制和数字电源应用提供强大硬件支持。

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本文由ll转载自先楫半导体HPMicro公众号，原文标题为:1us电流环！先楫HPM6000系列芯片实现高效电机控制，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

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原厂动态发布时间 : 2024-10-23

灵动MM32SPIN⸺专注电机控制的MCU和SOC

型号- SPIN080G,MM32SPIN030C,SPIN360C,MM32SPIN06NT,SPIN033A,SPIN590G,MM32SPIN560C,MM32SPIN05PT,MM32SPIN580C,MM32SPIN05TW,SPIN0260,MM32SPIN27PF,MM32SPINEBK,MM32SPIN0230B3NV,MM32SPIN080GN,MM32SPIN06PF,SPIN02XX,MM32SPIN07,MM32SPIN0280,MM32SPIN160C,SPIN533A,MM32SPIN,MM32SPIN560CM,SPIN27,MM32SPIN023C,MM32SPIN06,MM32SPIN05,MM32SPIN0230B1NV,MM32SPIN422C,MM32SPIN0280D4PV,MM32SPIN0280D6PV,SPIN060G,SPIN0250,SPIN080C,SPIN222C,SPIN0290,SPIN040C,MM32SPIN080CN,MM32SPIN0230,MM32SPIN060G,MM32SPIN080C,SPIN0230,MM32SPIN040C,SPIN56XX,MM32SPIN37,MM32SPIN05NW,SPIN580C,SPIN160C,SPIN023C,MM32SPIN05NT,MM32SPIN06PT,MM32SPIN0280D6QV,MM32SPIN360C,SPIN0280,SPIN495C,MM32SPIN030CN,MM32SPIN27NF,SPIN560C,SPIN05XX,MM32SPIN07PF,SPIN07,SPIN06,MM32SPIN05PF,MM32SPIN27PQ,MM32SPIN0230B3TV,SPIN5630,MM32SPIN05PFOP,MM32SPIN27PS,MM32SPIN27PT,MM32SPIN0230B1TV,MM32SPIN37PSD,SPIN05,MM32SPIN533A,MM32SPIN033A,MM32SPIN27,MM32SPIN0280D7PV,MM32SPIN222C,SPIN080X,SPIN422C,MM32SPIN0280DAPV,SPIN030C,MM32SPIN080G

商品及供应商介绍 - MINDMOTION - 2024/4/30 PDF 中文下载

【选型】N32M417系列高性能MCU助力白色家电驱动板设计，内部集成三相无刷直流电机预驱功能

常用的家电像空调、洗衣机之类的，内置电机大多由一个驱动板独立控制，驱动板通过数字接口与控制板通信，家电电机的控制部分大多是依靠一个三相电机驱动芯片驱动一个直流电机组成，而国民的N32M417系列MCU芯片因为内部集成三相无刷直流电机预驱的原因，从而简化了这一设计，单一主控外接6颗MOS组成的三相全桥即可驱动电机。

器件选型发布时间 : 2023-06-22

基于雅特力AT32 MCU的洗衣机电机控制驱动方案，解锁智能家居新体验

随着人工智能、物联网等技术的发展，传统家电逐渐向智能家电转型。洗衣机作为家庭生活中不可或缺的电器之一，其智能化升级对于提升生活品质具有重要意义。MCU作为电机控制系统的核心“大脑”，肩负着多样化的控制使命。雅特力AT32 MCU以其卓越的性能和完善的电机开发生态，为洗衣机、电动两轮车和电摩等电机应用产品提供高效电机控制驱动方案，并已实现规模量产。

应用方案发布时间 : 2024-09-30

重磅｜灵动微电子凭借电机控制方面的卓越表现荣获TCL实业认可！携手共建联合实验室

MindMotion灵动微电子自2021年与TCL实业接洽以来，充分展现了自身产品在电机控制方面的卓越表现，获得了TCL实业的青睐。期间，灵动不断强化在芯片设计方面的自主创新能力，以适应在竞争激烈的社会环境下，满足多变的市场需求。并以其快速高效的响应获得了TCL实业的高度认可！未来灵动也将不断突破创新，永攀高峰。

原厂动态发布时间 : 2024-07-13

灵动携电机控制SOC等产品及解决方案，亮相第七届（苏州）电动工具控制与充电技术研讨会

会上MindMotion灵动市场经理邬正鑫做了关于《创新驱动力-灵动高集成度电机MCU》的主题演讲。介绍All in one SOC，高集成电机SOC和电机专用MCU。也带来新品SOC产品MM32SPIN060G和MM32SPIN080G。

原厂动态发布时间 : 2024-09-27

伺服电机、无刷电机选型要素解析，高性能RISC-V电机驱动芯片、方案介绍

作为国内领先的高性能MCU研发企业，先楫半导体芯片产品可应用于工业自动化中的编码器和伺服驱动器领域，先楫HPM6000系列采用全新的RISC-V芯片系统架构定义、全新CPU内核、大量自主创新的IP设计，以及完整的配套生态，打造出高性能的国产MCU系列，客户可以在不必增加成本和功耗的前提下，满足更高效的工业控制，更丰富的显示功能和更强大的数据处理要求。

设计经验发布时间 : 2023-12-19