【導讀】電機控制器的硬件通常分為控制板和驅(qū)動板。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。下文將詳細介紹電機控制器主要用到的電子元器件，并分享一些已量產(chǎn)的伺服電機控制方案及其技術(shù)實現(xiàn)方式，以作參考。
電機控制器的硬件通常分為控制板和驅(qū)動板?？刂瓢逯饕ㄖ骺匦酒?、CAN網(wǎng)絡(luò)、采樣電路、旋變電路和電源電路等。下文將詳細介紹電機控制器主要用到的電子元器件，并分享一些已量產(chǎn)的伺服電機控制方案及其技術(shù)實現(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，在車載電機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，具有多個鎖步核，最高主頻達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187500min- 1
分辨率10/12/14/16位可調(diào)；
可輸出絕對位置和速度；
對于故障檢測閥值可通過編程設(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， 減小軟件運算量；
12位二 進制并行輸出、 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 自帶激勵放大電路（部分應(yīng)用也可增加激勵放大電路） ； 內(nèi)部集成振蕩器（部分應(yīng)用需要外部振蕩器） ； 內(nèi)部自動補償激勵信號相位偏移； 2位二進制并行輸出、 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、電機的溫度采樣、IG_ON的檢測、HVIL的檢測等。
驅(qū)動板包括高壓采樣和驅(qū)動電路等。
4.高壓采樣電路
高壓采樣電路包括多個高壓采樣電阻和隔離運放，主要是對母線電流電壓，三相電流采樣。
5.驅(qū)動電路
驅(qū)動電路：驅(qū)動電路是將DSP輸出的驅(qū)動信號經(jīng)過隔離芯片將驅(qū)動信號帶載能力加強，驅(qū)動IGBT，并將故障信號送到DSP，隔離方式主要有磁隔離、容隔離和光電隔離。
實戰(zhàn)方案：
低壓伺服驅(qū)動器方案
采用先楫高性能、高實時性的微控制器HPM6300系列，主頻高達 648MHz，Coremark 高達 3390，提高了伺服的響應(yīng)特性。
利用HPM6300的 3個獨立 16位ADC，可同時采集電機電流和母線電壓進行快速采樣，提高伺服的控制精度。
支持大容量本地存儲，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)的訪問速度，有助于實現(xiàn)快速電流環(huán)。
內(nèi)置16位 FMEC接口，滿足與外圍FPGA或 EtherCAT從站芯片進行高效通信。
完整開源的的位置、速度、電流三環(huán)FOC源碼，其中，電流環(huán)延時僅1.06us，有效縮短客戶的產(chǎn)品開發(fā)時間，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，實現(xiàn)快速的FFT計算，對于電流、電壓信號進行實時分析，助力電機預(yù)維護功能。
816MHz 主頻控制器，性能強悍 多伺服電機控制，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
機器人：工業(yè)機器人、SCARA機器人 機床加工、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帶來更好的解碼性能
高算力、高主頻帶來解碼低延時
豐富的編碼器接口和協(xié)議，可以統(tǒng)一編碼器平臺，如磁編、光編和旋變等
芯片優(yōu)勢：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)用場景：工況或環(huán)境惡劣的電機驅(qū)動，如
新能源車：電機驅(qū)動
CNC機床、磨床等
工業(yè)機械臂方案
先楫HPM6280芯片具備出色響應(yīng)速度快、定位精度高等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的運動控制。HPM6280高性能MCU目前已應(yīng)用于電動平行夾爪方案，方案內(nèi)置FOC算法+H橋驅(qū)動芯片，以50K電流環(huán)頻率實現(xiàn)4軸步進電機開環(huán)控制，步進電機速度>1200RPM，在工業(yè)機械臂場景，HPM628 MCU能夠迅速準確地完成各種復雜任務(wù)，提高工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
方案優(yōu)勢：
高性能MCU，高達600MHz主頻。
控制<100PS，高精度PWM，有效優(yōu)化GaN驅(qū)動音圈電機動態(tài)特性
RISC-V架構(gòu)自研芯片，可滿足國產(chǎn)自主可控要求，供應(yīng)鏈穩(wěn)定，超高性價比。
高算力，大 SRAM，大 Flash，多路CAN FD，16bitADC(24路)
應(yīng)用場景：
搬運機械臂、裝配機械臂、焊接機械臂等場景。
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