用芯打造更强电机指挥系统
如果电机要向高能效、智能化和集成化的方向持续发展，离不开高性能MCU的支持。现代电机驱动系统利用MCU的快速响应能力、高精度模拟接口和强大的数字信号处理能力来实现复杂的控制算法，提高能量管理和动态响应的效率。同时，MCU集成的诸多功能也使得电机驱动系统的开发变得更加简便。
作为中国通用MCU市场的领跑者，兆易创新很早就开始针对电机驱动市场进行布局，相继成功推出了多个系列的产品。在近日举办的2024电机驱动与控制论坛上，兆易创新MCU事业部产品市场经理陈树敏以《GD32 MCU为电机驱动提供多维度的解决方案》为题发表演讲，展示兆易创新在电机驱动方面所取得的成绩，也对今后的产品发展方向进行了展望。
No.1的产品实力
兆易创新在国内创造了多项第一。陈树敏指出，兆易创新是国内第一家推出基于ARM® Cortex®-M3、M4以及M23内核的MCU厂商，第一家推出基于Cortex®-M7内核的MCU。同时，兆易创新也是首家推出RISC-V架构MCU的通用MCU厂商。连续八年，兆易创新的通用MCU产品在中国大陆市场的年度出货量保持第一。
经过多年的积累，兆易创新拥有极为丰富的MCU产品种类，已量产产品囊括了51个系列，超过600个型号，实现了高性能、主流性、入门级、低功耗、无线、车规、专用产品的全面覆盖，目前累计出货量超过15.7亿颗。
兆易创新正积极进军无线产品领域，推出融合Wi-Fi和蓝牙等无线技术的产品。同时，车规级产品也是公司开发的重点。自2022年起，公司已成功推出3个系列的车规产品，目前已在Tier 1供应商中实现量产。此外，兆易创新也推出服务于指纹识别、打印机等细分市场的产品。总体而言，兆易创新的产品覆盖了物联网、能源电力、工业控制、安防设备、网络通讯、健康监护和汽车等多个领域。
作为MCU的兵家必争之地，兆易创新对电机驱动市场需求进行细致划分，首先，对于需要强大计算力的应用，兆易创新提供具有600MHz Cortex®-M7内核的产品线，如超高性能的GD32H7系列；针对大批量主流需求，则提供GD32F3系列；在成本较为敏感的应用中，如消费类和小型电动工具等，兆易创新推出了具备Cortex®-M4内核、能实现浮点控制且兼顾性能和成本的GD32E230/235系列; 对于需要无线通信并连接到云的应用，兆易创新提供了一些三合一产品，如已经量产的GD32W515、GD32VW553。
GD32MCU 电机控制应用与推荐产品
多维度方案对应多维度应用
GD32高性能通用产品线拥有全产品家族主频最高的产品，非常适合高性能应用，如伺服电机等。陈树敏重点介绍Ethercat伺服从站应用的案例。该方案基于Cortex®-M7内核的GD32H7系列MCU，实现了标准CIA402协议，可通过twincat进行实时控制，构建了伺服从站上的电机控制、协议解析一体的方案。此外，如果是低成本的伺服电机控制应用，还可以采用兆易创新的200MHz Cortex®-M4内核的GD32F407系列产品进行双电机同步控制，从而大幅降低成本。
GD32H759-Ethercat伺服从站应用方案
通用主流MCU产品的特点是新产品采用领先的主流工艺平台，以增强的处理效能和丰富的系统资源为市场主流应用加持，具备成熟的量产经验，客户群体广泛，全面适用工业消费及物联网、汽车等市场主流应用。
该系列有两个具有代表性的方案。一是支持BLDC方波控制的通用电机控制方案，24V供电，额定电流2A，转速可达5000rpm，支持成熟的方波控制算法，以及多种转子定位方式（HALL传感器、Encoder传感器）。另一个是可进行FOC矢量控制的通用电机控制方案，支持有感（HALL、编码器）定位模式和无感（滑膜观测器、龙伯格观测器等）定位模式。
在入门级通用产品线中，兆易创新推出以GD32F310K8T6为主控芯片的电动工具参考设计。该芯片采用QFN32小封装，内置高速ADC进行采样；16.8V供电，最大20A工作电流，电机转速可达24000rpm（空载）。整个方案结构简单，扭矩大，适合低成本高性能的产品应用。同时，兆易创新还提供了适配1.5匹家用空调的FOC控制解决方案，可适配普通千瓦级别PFC应用，帮助厂商顺利通过FCC的认证。
无线通用产品线中，兆易创新现在有支持Wi-Fi 6和BLE 5.2的GD32VW553及Wi-Fi 4的GD32W515两款产品。以GD32W515为核心配合电机驱动芯片GD30DR8413，兆易创新开发了无刷电机、步进电机和Wi-Fi通信三合一的高度集成的硬件方案，使风扇可支持通过按键、Wi-Fi以及语音控制，并通过Wi-Fi直接连到云端。
GD32A5车规产品线是兆易创新发力的重点之一，该系列采用Cortex®-M33内核，主频达到100MHz，符合AEC-Q100汽车电子通用测试规范。以GD32A503为核心，兆易创新推出汽车空调压缩机的方案，搭载汽车级IPM功率器件，实现高动态性能的FOC算法对无刷直流电机的快速平稳控制，电机的带载转速可达到8000转以上。陈树敏表示，未来兆易创新还将推出双Cortex®-M7内核的产品。
打通开发链条最后一公里
电机控制器的开发是一项复杂且具有挑战性的任务。为了帮助客户简化这一过程并缩短开发周期，兆易创新提供了全面的硬件和软件资源。
兆易创新的硬件资源主要包括了各种FOC的演示套件，如GD32F303R-FOC演示套件，GD32_LQFP48_FOC 演示套件，以及车规级的GD32A503R-FOC 演示套件，还有进行方波控制的GD32303R-BLDC 演示套件。
在软件方面，兆易创新还专门提供了电机开发的SDK。这个SDK支持从单电阻、双电阻到三电阻的多种采样模式，电机运行模式包括了速度、电流双闭环运行。陈树敏表示，在算法方面，除了支持传统的有感和无感定位以外，兆易创新还做了新的优化算法，包括高频注入、MTPA等，能提高整个电机的控制效率。
经过多年的构建，兆易创新的整个开发生态已经非常完善，从最初的Dev Kits & Documents到最终的Production Programmers，每个环节都有丰富的资源。而且，兆易创新还将这些资源汇聚在一起，便于开发者来使用，所有的固件、软件库、硬件方案的手册。
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