【導(dǎo)讀】電機(jī)控制器的硬件通常分為控制板和驅(qū)動(dòng)板。控制板主要包括主控芯片、CAN網(wǎng)絡(luò)、采樣電路、旋變電路和電源電路等。下文將詳細(xì)介紹電機(jī)控制器主要用到的電子元器件，并分享一些已量產(chǎn)的伺服電機(jī)控制方案及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，以作參考。
電機(jī)控制器的硬件通常分為控制板和驅(qū)動(dòng)板。控制板主要包括主控芯片、CAN網(wǎng)絡(luò)、采樣電路、旋變電路和電源電路等。下文將詳細(xì)介紹電機(jī)控制器主要用到的電子元器件，并分享一些已量產(chǎn)的伺服電機(jī)控制方案及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，以作參考。
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1.主控芯片
控制板的主控芯片以DSP或FPGA為主，在車(chē)載電機(jī)控制器中常用的英飛凌、恩智浦、瑞薩為主。
英飛凌的Aurix系列，65nm工藝，32bit帶寬，具有多個(gè)鎖步核，最高主頻達(dá)300MHz。常用的有TC2XX和TX3XX系列。
恩智浦的MPC5XX系列，55nm工藝，32bit位寬帶鎖步核的單核、雙核架構(gòu)，最高主頻200MHz。
瑞薩的RH850系列，40nm工藝，32bit位寬帶鎖步核的單核、雙核架構(gòu)，最高主頻240MHz。
CAN電路：CAN電路主要以CAN收發(fā)器芯片為主，提供電機(jī)控制器與外部的交互，常用的芯片有JTA1145，JTA1043等。
2.電源電路
電源電路主要將12V電轉(zhuǎn)變成DSP和部分電路所需的電壓，比如主控芯片的外設(shè)和內(nèi)核供電，CAN收發(fā)器的供電等。常用的電源芯片包括：
英飛凌的TLF35584及其下一代，其滿足ISO26262要求，通常廠家與Aurix主控芯片打包推薦。
NXP的FS6500，滿足ISO26262要求，集成CAN收發(fā)器、電源管理、LIN總線收發(fā)器、自檢診斷功能一體。
ST的L9788，滿足ISO26262要求，集成CAN收發(fā)器、電源管理、LIN收發(fā)器、繼電器驅(qū)動(dòng)等功能。
TI的TS65381，滿足ISO26262要求，集成CAN收發(fā)器、電源管理、自檢診斷功能。
3.旋變電路
硬件解碼電路以旋變解碼芯片為標(biāo)志，芯片有ADI的12XX系列芯和AU680系列為主。
AD2S12XX系列的性能：
最大跟蹤速率達(dá)187500min- 1
分辨率10/12/14/16位可調(diào)；
可輸出絕對(duì)位置和速度；
對(duì)于故障檢測(cè)閥值可通過(guò)編程設(shè)置；
內(nèi)置可編程正弦波振蕩器；
增量式編碼器輸出采用A-quad-B格式， 并提供方向輸出， 減小軟件運(yùn)算量；
12位二 進(jìn)制并行輸出、 總線輸出、 A/B/Z編碼輸出、 10至16位串行SPI輸出；
AU680X系列的性能：
最大跟蹤速率：240,000min- 1 最大角加速度：1,000,000rad/s2 自帶激勵(lì)放大電路（部分應(yīng)用也可增加激勵(lì)放大電路） ； 內(nèi)部集成振蕩器（部分應(yīng)用需要外部振蕩器） ； 內(nèi)部自動(dòng)補(bǔ)償激勵(lì)信號(hào)相位偏移； 2位二進(jìn)制并行輸出、 總線輸出、 A/B/Z編碼輸出、 串行SPI輸出。
采樣電路：采樣電路包括控制器的溫度采樣、冷卻的溫度采樣、電機(jī)的溫度采樣、IG_ON的檢測(cè)、HVIL的檢測(cè)等。
驅(qū)動(dòng)板包括高壓采樣和驅(qū)動(dòng)電路等。
4.高壓采樣電路
高壓采樣電路包括多個(gè)高壓采樣電阻和隔離運(yùn)放，主要是對(duì)母線電流電壓，三相電流采樣。
5.驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路是將DSP輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離芯片將驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶載能力加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)IGBT，并將故障信號(hào)送到DSP，隔離方式主要有磁隔離、容隔離和光電隔離。
實(shí)戰(zhàn)方案：
低壓伺服驅(qū)動(dòng)器方案
采用先楫高性能、高實(shí)時(shí)性的微控制器HPM6300系列，主頻高達(dá) 648MHz，Coremark 高達(dá) 3390，提高了伺服的響應(yīng)特性。
利用HPM6300的 3個(gè)獨(dú)立 16位ADC，可同時(shí)采集電機(jī)電流和母線電壓進(jìn)行快速采樣，提高伺服的控制精度。
支持大容量本地存儲(chǔ)，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待數(shù)據(jù)SRAM)，提高代碼或數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度，有助于實(shí)現(xiàn)快速電流環(huán)。
內(nèi)置16位 FMEC接口，滿足與外圍FPGA或 EtherCAT從站芯片進(jìn)行高效通信。
完整開(kāi)源的的位置、速度、電流三環(huán)FOC源碼，其中，電流環(huán)延時(shí)僅1.06us，有效縮短客戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，為 ”單芯片” 伺服提供可能性。
內(nèi)置 CAN接口，支持 CANFD通訊。
內(nèi)置 FFT/FIR協(xié)處理器，實(shí)現(xiàn)快速的FFT計(jì)算，對(duì)于電流、電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，助力電機(jī)預(yù)維護(hù)功能。
816MHz 主頻控制器，性能強(qiáng)悍 多伺服電機(jī)控制，高精度位置控制 集傳感器數(shù)據(jù)采集、顯示、交互、多電機(jī)控制于一體 相比模塊化的伺服控制系統(tǒng)，方案性能和效率大大提高
機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人 機(jī)床加工、伺服方案
旋變硬/軟解碼方案
主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列
硬解碼：RDC硬件支持快速的旋變解碼
軟解碼：成熟方案，使用HPM5000~6000
16b ADC帶來(lái)更好的解碼性能
高算力、高主頻帶來(lái)解碼低延時(shí)
豐富的編碼器接口和協(xié)議，可以統(tǒng)一編碼器平臺(tái)，如磁編、光編和旋變等
芯片優(yōu)勢(shì)：HPM5300系列可結(jié)合QEO和SEI，可以支持多種方式輸出，如Tamagawa、EnData、正交脈沖等。
應(yīng)用場(chǎng)景：工況或環(huán)境惡劣的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如
新能源車(chē)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)
CNC機(jī)床、磨床等
工業(yè)機(jī)械臂方案
先楫HPM6280芯片具備出色響應(yīng)速度快、定位精度高等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的運(yùn)動(dòng)控制。HPM6280高性能MCU目前已應(yīng)用于電動(dòng)平行夾爪方案，方案內(nèi)置FOC算法+H橋驅(qū)動(dòng)芯片，以50K電流環(huán)頻率實(shí)現(xiàn)4軸步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)速度>1200RPM，在工業(yè)機(jī)械臂場(chǎng)景，HPM628 MCU能夠迅速準(zhǔn)確地完成各種復(fù)雜任務(wù)，提高工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
方案優(yōu)勢(shì)：
高性能MCU，高達(dá)600MHz主頻。
控制<100PS，高精度PWM，有效優(yōu)化GaN驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)動(dòng)態(tài)特性
RISC-V架構(gòu)自研芯片，可滿足國(guó)產(chǎn)自主可控要求，供應(yīng)鏈穩(wěn)定，超高性價(jià)比。
高算力，大 SRAM，大 Flash，多路CAN FD，16bitADC(24路)
應(yīng)用場(chǎng)景：
搬運(yùn)機(jī)械臂、裝配機(jī)械臂、焊接機(jī)械臂等場(chǎng)景。
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