集成风格自成一派，嵌入式电机控制TDK-Micronas HVC家族

电子发烧友网报道 （文/李宁远）电机控制是我们老生常谈的话题了，今天我们仍然把目光聚焦在电机控制上。虽然话题很老，但电机控制却一直在发展进步。在全球电机市场预计年复合增长率为6.9%左右，到2026年将会达到1691亿美元。也就是说，未来，这将是一个万亿级人民币的大市场。

电机控制的本质是控制转速和扭矩。不论是高能效电机在汽车、电动工具还是家电领域广泛地铺开，还是BLDC逐步在电机应用中占领主导地位，都离不开电机控制一路的技术革新与创新。本期文章我们将视线放在TDK-Micronas旗下的HVC电机控制家族上，这个产品家族的电机控制产品不算多，但在集成上极有特色。看看在竞争激烈的电机控制领域，TDK-Micronas旗下的HVC家族性能如何。

TDK-Micronas HVC 4xyzF

Micronas是第一家将基于霍尔效应的传感器集成到CMOS技术中的公司，在未被TDK收购前已经是传感器与执行器领域的专家。曾有消息传出TDK正在扩大其产品组合，已在Micronas嵌入式电机控制器中加入了可以在高温下使用的产品。其主要应用方向为汽车，包括电动和混合动力。

 
（图源：TDK-Micronas）

总整个系列来看，HVC 4xyzF系列均使用了ARM Cortex-M3内核，集成了6个独立的500 mA半桥驱动器和其他附加功能，都具有LIN总线接口。整个系列灵活的外设提供了通过集成高性能半桥直接控制有刷电机、步进电机（双极或三相）或无刷 （BLDC）电机的所有方法，无需外部驱动器组件。

HVC 4422F和HVC 4222F

既然说到高温下的应用产品，那就先看看HVC 4422F和HVC 4222F，这两款产品是高温应用的主力军，唯一的不同在于HVC 4422F提供了扩展的内存大小以满足OEM诊断要求并集成 MPU支持RTOS要求。这是该系列下工作温度最高的两个产品，都覆盖了－40℃到160℃。电压范围覆盖8V至18V，功率要求高达1A峰值电流。两个系列都配置了20MHz的系统振荡器与35kHz的看门狗。

这两个系列根据不同类型电机的控制特性配置不同复杂的算法，如空间矢量调制（SVM），无传感器换向与反向电磁力（BEMF），以及结合电流限制和失速检测的步进算法。

 
（图源：TDK-Micronas）

两款电机控制都集成了12位ADC用于内外部测量，2个8位DAC，以及12位的PWM模块。为了对PWM信号做处理，另外加上了16位的定时器。从半桥驱动到闪存配置，从ADC，DAC到PWM模块，HVC 4422F和HVC 4222F的功能肉眼可见的全面且强大。在如此高的集成下采用了小型热效QFN40封装，这就是我们常说的小尺寸大封装。至于电机换向的问题，应该是最不用担心的，作为将基于霍尔效应的传感器集成到CMOS技术中的公司，它的传感技术不会在电机控制技术之下。

HVC 4223F

说完HVC 4422F和HVC 4222F，再看看该系列最新的产品——HVC 4223F。HVC 4223F仍然表现出了极高的集成度，包含所有直接驱动PMSM/BLDC电机和双极电机的步进模块，外围模块和用户定义的软件的编程能力同样经过优化适应各种不同驱动系统的属性。电子器件的高集成密度需要通过目标指定的功率管理来适应热工作条件。这款新的HVC系列就提供了许多功能，精确地匹配这种适应。

EPWM-Module（增强脉宽调制）支持不同工作模式和不同类型电机的被动和主动自由旋转电流模式（异步/同步整流），集成电流测量和D/A转换器允许编程的标称电流值（例如微步进电流控制）。输出阶段则包含了过载保护（过电压/过电流）和诊断功能。所有集成的外围模块，EPWM、D/A转换器和温度监测都可以根据工作模式进行编程。

HVC 4223F的启停系统很有特色，支持一种特殊的“保留模式”，与传统的线性调节器相比，这种模式集成的开关调节器（降压转换器）可以最大限度地减少功率损失。对于如何减少功率损失，一直是提升电机控制效率的重难点，这个新系列给出的答案非常有竞争力。

 
（图源：TDK-Micronas）

带电荷泵的集成N沟道MOSFET半桥、集成虚拟星点和参考电流的比较器、具有三个捕获/比较模块的16位自由运行计数器、增强型PWM、以及将设备直接连接到汽车板网络的稳压器，在各种电源管理模式优化下大大降低了电流消耗，保证了领先的低功耗。

小结

从HVC家族表现出的性能来看，不得不承认以混合信号高电压CMOS技术开发的整个电机控制家族在集成上自成一派。更紧凑、更一体化的设计加上灵活的配置也的确打中了工业级电机应用的痛点。