0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

Arm 32位MCU助力舵机行业产品升级

兆易创新GigaDevice 来源:YXQ 2019-07-29 17:42 次阅读

随着半导体技术的发展,MCU、驱动组件的普及,使得BLDC电机的成本降低了很多,电机的行业应用也正随着自动化水平的提高而不断提升,相信到2020年会迎来一大波新增长。

2018年全球BLDC电机市场规模为153.6亿美元,这里的市场规模包括电机本体和电机驱动部分一起。预计未来4年将会以6.5%的年复合增长率增长,预计到2022年将会达到197.6亿美元。

BLDC市场增长的原因,与BLDC电机本身的特性密不可分,比如BLDC电机具有体积小、重量轻、噪声小、转矩特性好、启动转矩大、调速范围广、效率高,以及寿命长等特点。

当然,市场的增长离不开具体应用的推动,BLDC的应用场景有很多,目前增速比较快的应用主要有工业控制、家用电器、消费类电子机器人、物流自动导航车、汽车、无人机等等。市场热点主要关注以下几个领域:

Arm 32位MCU助力舵机行业产品升级

目前市面上可供选择的MCU有很多,但应用最多的是32位Arm内核MCU。从2018年中国市场Arm Cortex 内核MCU的累积出货排名可以看到市场分额的逐年变化趋势。

2018年中国Cortex内核MCU供应商市场份额占比情况。(数据来源:IHS Markit)

根据IHS Markit最新的调研统计数字,2018年中国Arm Cortex内核MCU市场分额多为国际MCU厂商所占据,但好消息是中国通用MCU厂商GigaDevice(兆易创新)成功保持在了市场第三的位置,市场份额9.4%。相比2017年而言,排名第一的STMicroelectronics占比下降1%,第二名的NXP占比下降2.8%,TOP3的GigaDevice则上升了3.6%,也显示出中国半导体的强劲发展态势。

目前机器人市场主要分为工业机器人、商用服务机器人,以及消费级机器人。随着机器视觉语音识别以及深度学习人工智能技术的发展,消费级机器人已经快速进入市场并在智慧家庭、看护陪伴等领域迅速普及。机器人产品核心部件之一就是舵机,这也是机器人中使用最频繁的部分。舵机的大小和数量决定了机器人做动作的灵活性。据估计舵机部分将会占到机器人成本的40%以上。舵机通过电位器(或其它角度传感器检测输出轴转动角度,MCU控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的电机控制方式叫闭环控制,所以舵机更准确的说是伺服马达。

机器人舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位器、直流电机和控制电路板等部件组成。从图2的BLDC电机驱动框架图可以看出,每个舵机都需要一颗MCU来进行控制。

BLDC电机驱动框架图。

说到兆易创新的32位Arm内核MCU产品,不得不提到量产多年,在电机控制产品圈大家熟悉的GD32F130系列产品。GD32F130 产品是兆易创新于2014年推出的基于Cortex-M3内核的入门级MCU产品,为工程师提供了一个电机控制的最优解决方案。2017年,基于Cortex-M4内核的GD32F330产品则进一步以超值特性为成本敏感的电机控制应用开辟了道路。

2018年兆易创新又推出了基于Arm最新Cortex-M23内核的入门级产品--GD32E230和GD32E231系列MCU,片上集成了电机控制所需的模拟外设,持续为轻量级的电机控制产品提供最优的解决方案。

家电变频化已成市场主流

随着中国家电行业执行5级能效标准,能效标准变得更加严格,变频电机市场开始转热。据市场机构预测,2010至2022年,家电变频电机中的半导体含量将实现8倍增长。

现在不论是我们日常生活常见的空调、洗衣机、冰箱、油烟机,还是当前普及率还不高的洗碗机,吸尘器等都开始实用变频电机。以正在兴起的变频冰箱为例,由于冰箱压缩机的转速决定了冰箱内部的温度,而变频冰箱压缩机的转速可根据温度来发生改变,从而可以让冰箱根据当前的温度情况做出调整,让冰箱内的温度更好地保持恒定。这样,食物的保鲜效果将更好。由于变频冰箱压缩机大都选择BLDC电机,因此工作的时候效率更高,噪声更小,而且使用寿命更高。

所谓的变频调速就是通过改变定子电源的频率来改变电机的转速,从而实现节能和提高效率的目的。要实现变频调速就需要变频器的帮助,现在的变频器一般由整流器、滤波器驱动电路保护电路,以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。

冰箱压缩机变频控制板正面

笔者近期拿到了一块由深圳华芯控股科技设计的冰箱压缩机变频控制板,其中变频板的主控MCU正是采用了GD32F130产品,并已经被应用于国内外多家主流品牌冰箱产品中。GD32 MCU在家电变频行业的广泛应用也可见一斑。

手持云台大众化前景看好

近年来,随着视频直播越来越火,智能手机的拍照功能越来越强,Vlog制作,抖音神器等智能硬件已成为当下火爆的“刚需”。为了提升拍摄时的稳定性,手持云台正在走进日常生活并成为常见的摄影辅助工具。

目前从事手持云台产品开发的公司也有不少,一线的品牌有大疆创新(DJI)的OSMO灵眸,以及智云Smooth、飞宇G6等多家厂商。

云台产品至少要有三个BLDC电机,来控制XYZ三个方向上的运动,其次还有一个固定相机的装置,这个装置里面会有运动传感器来感测相机的位置变化。

云台产品的技术难点在于如何控制BLDC电机的运动。首先,电机需要用PMSM FOC算法来实现精准顺滑的伺服控制;其次,要保证相机的稳定性和各种跟随操作,必须将相机固定装置内传感器采集到的信号,实时地进行三维姿态解算和姿态控制。也就是说,做一个手持云台产品并不容易。

早期的国内云台产品基本都是采用俄罗斯人Aleksey Moskalenko的开源云台控制系统算法开发的,很多工程师有评估过他的技术和开发板。经过行业的不断发展和创新,现在中国也有很多厂商具备了研发能力,前面提到的三个主流品牌基本都是采用自有技术。目前IC国产化的趋势正日益明显,行业内的公司都开始着手准备国产化的替代方案。最常见的国产替代方案,就是采用GD32F4系列Cortex-M4 MCU产品去升级或重新开发早期的云台控制方案。

并且早期的云台控制原型是用一颗MCU控制一个BLDC电机的转动,通过中国工程师不断创新,已经实现了用一颗高性能的Cortex-M4F内核MCU同时控制两个轴向的BLDC电机。不仅可以简化云台产品的PCB设计,方便整机ID设计,也可以很好地控制产品的成本,从而更有利于大众化普及。

基于ArmMCU的BLDC电机控制算法研究热度不减

在逐渐兴起的BLDC电机控制应用中,磁场定向控制(FOC)技术正变得越来越流行,这样能够确保电机在任何时候都能以最佳的扭矩,高效地运行;其出色的动态相应可以实现精准的可变速度控制;再加上FOC的低扭矩波动可让电机在运行、启动和停止时,保持平稳运转。

FOC控制虽好,但要实现这些优势就需要MCU或者DSP有足够的计算能力来处理这些复杂的三角方程,以及电机转自状态观测。早年如果要实现高性能的电机控制算法,需要使用TI 的C2000系列DSP。近年来Arm公司推出Cortex-M4内核,集成了完整的DSP指令集、并行计算能力和专用单精度浮点运算单元(FPU),就可以有效满足FOC算法和电机转子位置的观测算法对MCU计算能力的需求,拉近了MCU和DSP在运算能力上的差异。包括STMicroelectronics、NXP、GigaDevice、ATMEL等MCU厂商也纷纷推出相应的MCU产品。

高性能电机控制系统框图

为了帮助客户使用MCU芯片评估FOC算法和电机状态观测器算法,GigaDevice(兆易创新)推出了GD32F450Z-EVAL评估板并提供了相应的开发工具包(SDK),GD32F450系列MCU具备了200MHz的Cortex-M4F内核和丰富的模拟外设,电机开发工程师就可以使用开发套件进行各类电机控制算法的研究。

GD32F450Z-EVAL评估板

结语

随着半导体技术的进步,BLDC电机开始兴起,并逐渐替代传统电机,特别是在工业控制、家用电器、消费类电子、机器人、物流自动导航车、汽车、无人机等应用领域。BLDC电机的兴起,对MCU的需求量将会持续增长,2018年全球MCU的出货量306亿颗,未来几年还将会保持高速增长。

从城市电摩骑行和即时配送的产业化升级、到消费家电产品的不断智能化创新,再到BLDC控制的变频化发展,一方面需要中国嵌入式工程师勇于创新,敢于突破现有的行业成规;另一方面芯片供应厂商也要持续不断提供性能和价格更好,同时方便开发者使用的新产品。这也给中国的MCU芯片厂家提供了广泛的市场机会和更大的发展动能。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • mcu
    mcu
    +关注

    关注

    145

    文章

    15885

    浏览量

    342777
  • ARM
    ARM
    +关注

    关注

    134

    文章

    8615

    浏览量

    361311
  • 电机
    +关注

    关注

    139

    文章

    8244

    浏览量

    141773

原文标题:GD32创新解决方案助力BLDC电机控制技术革新

文章出处:【微信号:GigaDevice,微信公众号:兆易创新GigaDevice】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    请问8mcu和32mcu的区别?

    8mcu和32mcu的区别?
    发表于 02-01 06:49

    AGM Micro发布兼容STM32的MCU产品系列

    AGM Micro发布了兼容STM32的MCU产品系列,推出具有低延迟高灵活性的功能模块MCU产品系列。AGM32产品系列对32
    发表于 12-29 11:18

    谷景电感技术助力无人机行业升级换代

    8、谷景电感技术助力无人机行业
    发表于 12-18 10:21 0次下载

    Arm发布新品瞄准低功耗AIoT市场 MCU迎来升级

    最近Arm推出了一款新的MCU产品——Arm Cortex-M52,该产品Arm公司针对低功耗
    的头像 发表于 12-08 11:40 218次阅读
    <b class='flag-5'>Arm</b>发布新品瞄准低功耗AIoT市场 <b class='flag-5'>MCU</b>迎来<b class='flag-5'>升级</b>

    德晟CAN舵机统一升级软件使用说明

    德晟CAN舵机统一升级软件使用说明
    的头像 发表于 10-25 10:09 661次阅读
    德晟CAN<b class='flag-5'>舵机</b>统一<b class='flag-5'>升级</b>软件使用说明

    碳化硅技术在家电行业的应用前景

    碳化硅是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,其能使系统效率更高,质量更轻,结构更紧凑。如今,碳化硅技术已经进入以空调为代表的家电应用场景来助力产品升级。那么,碳化硅是如何成就家电产品的?其应用于家电
    的头像 发表于 09-18 10:20 273次阅读

    TouchGFX4.2x新功能

    内容包含:美观/统一/友好的人机交互产品提升用户体验、典型的嵌入式图形系统、助力GUI人机交互的产品升级、STM32产品线支持HMI开发的产品
    发表于 09-05 06:00

    新唐开发平台黄金3部曲最终章:ISP(In system programming)不须拆下芯片即可完成产品升级

    新唐开发平台黄金3部曲最终章:ISP(In system programming)不须拆下芯片即可完成产品升级
    的头像 发表于 08-09 14:40 424次阅读
    新唐开发平台黄金3部曲最终章:ISP(In system programming)不须拆下芯片即可完成<b class='flag-5'>产品升级</b>

    带有ARM内核的车规级MCU的高速测量与标定的解决方案

    在“新三化”的背景下,车用MCU芯片正在快速升级换代,供应链本地化也催生搭配ARM内核的车规级MCU不断落地。
    发表于 08-02 17:36 1699次阅读
    带有<b class='flag-5'>ARM</b>内核的车规级<b class='flag-5'>MCU</b>的高速测量与标定的解决方案

    通信行业专题报告:800G光模块,AI算力底座

    因此,我们判断光模块是典型的由产品升级驱动的周期成长性行业,判断行业景 气度的关键是产品升级阶段。光模块种类多、升级快,不同应用场景对传输距
    的头像 发表于 06-26 14:53 1450次阅读
    通信<b class='flag-5'>行业</b>专题报告:800G光模块,AI算力底座

    国产MCU有望在未来成为行业领导者吗?

    芯片,但随着国内芯片制造水平的提高,一些国产MCU产品开始逐渐崭露头角,并有望在未来成为行业领导者。 首先,国产MCU产品已有一定的市场占有
    发表于 05-08 17:32

    MCU市场分析:IP内核与产品情况(上)

    mcu
    电子发烧友网官方
    发布于 :2023年04月25日 18:13:54

    实现创新升级替代,先楫半导体助力中国MCU “快道超车”

    ,向中国和全球的MCU市场推出有特色的高性能MCU产品。Danny 认为,“我们正处在产业升级的关键时期,技术和产品
    发表于 04-10 18:39

    电动扳手MCU的功能特点及应用行业

    分类 : 电源电池 开发平台 : Nuvoton 新唐 交付形式 : PCBA 性能参数 : 运行速度 : 24 MHz 应用场景 : BMS 电池保护板 基于MCU差分升级FOTA方案 运行在各种
    发表于 04-03 14:16

    灵途科技光电产品助力清洁行业智能升级

    行业迎来高光时刻。 3月28日,追觅在上海召开首场洗地机发布会,发布了追觅无线二合一洗地机M13 Beta“小机皇”,重新定义了“洗地新标准”。 3月28至31日,2023 CCE在上海如火如荼开展,全方位展示清洁行业产品创新
    的头像 发表于 04-03 10:24 284次阅读
    灵途科技光电<b class='flag-5'>产品</b><b class='flag-5'>助力</b>清洁<b class='flag-5'>行业</b>智能<b class='flag-5'>升级</b>