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電機的應用非常廣泛,可以說大部分動的產品內部都有電機的身影,其主要的應用領域有風機、泵、電動車、電動工具、壓縮機、農機具,以及汽車應用等等。隨著各國出臺了更加嚴格的用電標準,節能電機成為了市場關注的熱點,而BLDC電機具有高效率、高速率、長壽命等優點,成為了業界關注的重點。
電機控制IC,是一種可以控制BLDC電機的轉速、方向,及扭矩的IC,控制信號可以是模擬信號,或者數字信號,且通常會包括來自電機的某種類型的反饋,比如位置、速度、電流和溫度等,以確保電機的正常運行。
電機驅動IC,則可以是集成柵極驅動器,并使用外部半橋電路/MOSFET/IGBT;也可以集成柵極驅動器和半橋電路/MOSFET/IGBT。電機驅動器IC一般會提過熱、過壓、過流、短路和欠壓等保護功能。
近幾年隨著半導體技術的發展、MCU與驅動組件的普及,使得BLDC電機的總體成本降低了很多,再加上這幾年來,永磁新材料、自動控制技術,電力電子技術,特別是大功率開關器件的發展,以及國內高壓、高速電機制造技術的提升,BLDC電機得到了長足的發展。現在,我們在很多場合都看到了BLDC電機的身影。
由于BLDC電機的用量在逐年提升,帶動了電機控制與驅動IC市場的持續增長。BLDC電機與交流電機最大的不同就是,它需要一個控制和驅動系統。BLDC電機的驅動控制電路主要有三大部分:控制IC、柵極驅動,也就是我們常說的預驅,以及功率MOSFET/IGBT,就是通常說的驅動。當然,還有傳感器、隔離器、阻容元件等電子元器件。
根據市場調研機構FMI的統計,2022年全球電機控制IC市場規模約為49億美元,預計2023年為52億美元,2023年~2033年期間以5.3%的年復合增長率為5.3%。預計2023年,全球電機驅動IC市場規模為42.4億美元,到2033年可達76.7億美元。
下面將由我愛方案網介紹幾款高性能電機驅動芯片:
HPM6700/6400系列芯片
HPM6700/6400 系列產品是先楫半導體推出的高性能高實時 RISC-V MCU 旗艦產品,目前已經量產。與國際競品相比,HPM6700系列芯片單核運行主頻即可達到驚人的816MHz,在CoreMark跑分測試中,HPM6700獲得了9220的高分,成功刷新了國際MCU領域的性能記錄。
在具體性能方面,HPM6700/6400系列芯片采用RISC-V 內核,支持雙精度浮點運算及強大的 DSP 擴展,主頻頻率創下了MCU 性能新紀錄,是目前市場上高性能MCU的理想之選。此外,該系列芯片還配置了高效 L1 緩存和本地存儲器,加上 2MB 內置通用SRAM,極大避免了低速外部存儲器引發的性能損失。
HPM6700/6400系列芯片還擁有強大的多媒體支持能力和豐富外設接口,其適配的LCD顯示控制器可支持高達1366x768 60fps的八圖層RGB顯示支持,支持圖形加速功能,可支持雙千兆以太網,IEEE1588,雙目攝像頭。并具有4個獨立的pwm模塊,每個模塊可生成8通道互補PWM,及16通道普通PWM、3 個 12 位高速 ADC 5MSPS、1 個 16 位高精度 ADC 2MSPS、4 個模擬比較器等多個接口。
在安全性方面,HPM6700/6400系列芯片集成了 AES-128/256, SHA-1/256 加速引擎,支持固件軟件簽名認證、加密啟動和加密執行。
HPM6300系列
先楫半導體推出的HPM6300全系列產品采用晶心Andes D45 RISC-V內核,支持雙精度浮點運算。模擬模塊包括16bit-ADC,12-bit DAC和模擬比較器,配以多組納秒級高分辨率PWM,為馬達控制和數字電源應用提供強大硬件支持;通訊接口包括了實時以太網,支持IEEE1588,內置PHY的高速USB,多路CAN-FD及豐富的UART,SPI,I2C等接口。(已量產)
HPM6300的主頻達到648MHz, 并具有FFA協處理器,能實現FFT/FIR快速計算,具備3個16位的ADC、10/100M以太網等,適合工業自動化、電網等行業應用,如工業自動化領域的伺服驅動器、PLC、工業控制器,電網的DTU、斷路器等產品。
不僅在性能方面表現優異,HPM6300同時也是一款高性價比的產品,其高實時性、互聯性、16位ADC的特性,一經推出就獲得了自動化、電網、新能源客戶的認可。目前已在行業頭部客戶中導入產品設計,在FFT、AI推理性能上超越了傳統的DSP。
在工業領域,電機驅動是整個自動化的基礎應用,如用于CNC機床、機器人的伺服驅動器,用于新能源汽車的主驅、壓縮機驅動等。由于這些行業本身的發展和需求增加,對MCU提出了更高的要求,如高算力、高實時性、16位ADC、單芯片多軸控制等。
另外,HPM6300系列在功耗上進行了深度優化,對于電源管理域進行了更加精細的劃分,實現了低至1.5uA的待機功耗,及低至40mA的運行功耗(全速運行coremark,外設時鐘關閉),皆低于市場上同類國際品牌的功耗。
HPM6200系列
HPM6200是先楫半導體推出的高性能、高實時、高精度混合信號的通用微控制器系列,為精準控制而生,主要應用領域包括新能源,儲能,電動汽車,工業自動化等。(2023Q1量產)
與國際品牌T公司C2000相比,先楫半導體HPM6200系列CPU性能實現了超越。HPM6200主頻600MHz,而C2000在200MHz以內;
對比國際品牌S公司的G4系列,HPM6200系列在CPU性能、16位ADC、PLA等性能和功能上實現超越。
性能方面,HPM6200系列芯片主頻達到600MHz, 是RISC-V 單雙核處理器,帶有FPU和DSP,內置4 組8通道增強型 PWM 控制器(8ch/組),提升了系統控制精度,可實現單芯片控制多軸電機或者單芯片實現復雜拓撲的數字電源。同時配備了可編程邏輯陣列 PLA, 3 個 2MSPS 16 位高精度 ADC, 16個模擬輸入通道以及4 個模擬比較器和 2 個 1MSPS 12 位 DAC。
此外,HPM6200系列還具備多種通訊接口:1 個內置 PHY 的高速 USB,多達4路CAN-FD, 4 路 LIN 及豐富的 UART、 SPI、I2C 等。
伺服驅動器方案介紹:
先楫的HPM6400系列產品幫助客戶實現了單芯片控制4個伺服電機+LCD顯示屏驅動,伺服控制上實現電流、速度、位置三環控制。片上集成的16Bit ADC取代傳統的12bit ADC,可以進一步提高電流、電壓的采集精度,提高伺服的定位精度。同時,片上也有豐富的外設,幫助客戶提高連通性、可靠性等。
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