电动机控制器业界所呈现出的发展趋势日渐显明,以往主次分明的分工模式如今已开始逐渐分化。在此过程中,发挥重要作用的微控制器(MCU)也需根据需求及应用场景,扮演“主要角色”或“次要角色”。
值得关注的是,随着无刷直流电动机的广泛应用,先进的磁通估算控制策略(Field Oriented Control, FOC)逐渐得到了业内人士的推崇和认可。该策略的实施过程中,需要配备性能优越且易于编程的MCU,及其配套的软件工具。诚然,各大电机控制器制造商深刻理解电动机行业的商业潜力和发展方向,然而由于传统经验的制约以及差异化程度的考虑,他们在推出各自的产品时,已经开始呈现出明显的分化趋势,而MCU在其中所扮演的角色亦随之发生变化。
以飞兆半导体新近研发的集成式电机控制器FCM8531为例,它成功地将MCU定位为“辅助角色”。据简文烯先生介绍,FCM8531的核心部分由单芯片上集成的嵌入式MCU(MCS51)和先进的马达控制器(Advanced Motor Controller, AMC)组成,并借助MSFR实现两者之间的数据交互与存储。这种设计的独特之处在于,通过运用预置的软件库,AMC能够执行诸如FOC和DQ控制等复杂的算法,而MCU只需负责编写简单的系统控制软件即可,从而实现了对软件控制的最小化。AMC和MCU均能独立运作,有效避免了系统中断的情况。更为重要的是,AMC能够实时逐周期地检测PWM信号,并在微秒级别内关闭OWM信号,从而有效防止系统受损。简文烯先生进一步指出,“相较于之前的飞兆马达控制芯片产品FCM8201/8202,新的FCM8531正是在前述基础上,将MCU直接集成至单一芯片之中。”
这种设计理念使得MCU的功能得以“精炼”,主要集中在马达控制的可配置性方面,例如通信、速度控制面板管理、遥控设备操作等。尽管其他厂商推出的MCU多以32位为主导,但飞兆半导体却从实际应用的角度出发,认为MCU的价值在于拓展可配置性和实现差异化,因此选择了8位8051核作为其核心部件。简文烯先生强调,一般的电机MCU单元需要工程师具备深厚的软件编写功底,而飞兆半导体的解决方案则大大降低了开发技术门槛,并有望大幅度缩短开发周期。他还透露,未来将会在控制器中集成更多的AMC,以便通过开关控制不同步工作的电机。
相比之下,英飞凌半导体则致力于将基于32位ARM核的MCU打造成功能集成的“主角”,以实现精准的电机控制。英飞凌最新推出的基于ARMM0核的XMC1000系列微控制器XMC1300便是针对电机控制进行了诸多优化,并凭借“32位功能、8位价格”的高性价比策略,成功打开了市场大门。英飞凌科技股份有限公司工业与多元化市场微控制器部门高级总监Stephan Zizala表示,XMC1300集成了一个功能强大的捕获/比较单元CCU8和位置接口单元,支持精确的电机位置检测;同时还内置协处理器CORDIC,可进行矢量旋转和硬件除法运算,支持无传感器FOC解决方案,从而显著提升电机运行效率,这是其他基于Cortex-M0的单片机产品所无法企及的。此外,XMC1300还包括适用于精确测量和PWM硬件同步化的高速12位模数转换器、3个模拟快速比较器以及霍尔传感器和正交编码器接口等先进外设,以实现更高效的电机控制。