電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))電機(jī)控制是我們老生常談的話題了，今天我們?nèi)匀话涯抗饩劢乖?a target="_blank">電機(jī)控制上。雖然話題很老，但電機(jī)控制卻一直在發(fā)展進(jìn)步。在全球電機(jī)市場(chǎng)預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.9%左右，到2026年將會(huì)達(dá)到1691億美元。也就是說，未來，這將是一個(gè)萬億級(jí)人民幣的大市場(chǎng)。

電機(jī)控制的本質(zhì)是控制轉(zhuǎn)速和扭矩。不論是高能效電機(jī)在汽車、電動(dòng)工具還是家電領(lǐng)域廣泛地鋪開，還是BLDC逐步在電機(jī)應(yīng)用中占領(lǐng)主導(dǎo)地位，都離不開電機(jī)控制一路的技術(shù)革新與創(chuàng)新。本期文章我們將視線放在TDK-Micronas旗下的HVC電機(jī)控制家族上，這個(gè)產(chǎn)品家族的電機(jī)控制產(chǎn)品不算多，但在集成上極有特色?？纯丛诟?jìng)爭(zhēng)激烈的電機(jī)控制領(lǐng)域，TDK-Micronas旗下的HVC家族性能如何。

TDK-Micronas HVC 4xyzF

Micronas是第一家將基于霍爾效應(yīng)的傳感器集成到CMOS技術(shù)中的公司，在未被TDK收購(gòu)前已經(jīng)是傳感器與執(zhí)行器領(lǐng)域的專家。曾有消息傳出TDK正在擴(kuò)大其產(chǎn)品組合，已在Micronas嵌入式電機(jī)控制器中加入了可以在高溫下使用的產(chǎn)品。其主要應(yīng)用方向?yàn)槠嚕妱?dòng)和混合動(dòng)力。

總整個(gè)系列來看，HVC 4xyzF系列均使用了ARM Cortex-M3內(nèi)核，集成了6個(gè)獨(dú)立的500 mA半橋驅(qū)動(dòng)器和其他附加功能，都具有LIN總線接口。整個(gè)系列靈活的外設(shè)提供了通過集成高性能半橋直接控制有刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)(雙極或三相)或無刷 (BLDC)電機(jī)的所有方法，無需外部驅(qū)動(dòng)器組件。

HVC 4422F和HVC 4222F

既然說到高溫下的應(yīng)用產(chǎn)品，那就先看看HVC 4422F和HVC 4222F，這兩款產(chǎn)品是高溫應(yīng)用的主力軍，唯一的不同在于HVC 4422F提供了擴(kuò)展的內(nèi)存大小以滿足OEM診斷要求并集成 MPU支持RTOS要求。這是該系列下工作溫度最高的兩個(gè)產(chǎn)品，都覆蓋了-40℃到160℃。電壓范圍覆蓋8V至18V，功率要求高達(dá)1A峰值電流。兩個(gè)系列都配置了20MHz的系統(tǒng)振蕩器與35kHz的看門狗。

這兩個(gè)系列根據(jù)不同類型電機(jī)的控制特性配置不同復(fù)雜的算法，如空間矢量調(diào)制(SVM)，無傳感器換向與反向電磁力(BEMF)，以及結(jié)合電流限制和失速檢測(cè)的步進(jìn)算法。

兩款電機(jī)控制都集成了12位ADC用于內(nèi)外部測(cè)量，2個(gè)8位DAC，以及12位的PWM模塊。為了對(duì)PWM信號(hào)做處理，另外加上了16位的定時(shí)器。從半橋驅(qū)動(dòng)到閃存配置，從ADC，DAC到PWM模塊，HVC 4422F和HVC 4222F的功能肉眼可見的全面且強(qiáng)大。在如此高的集成下采用了小型熱效QFN40封裝，這就是我們常說的小尺寸大封裝。至于電機(jī)換向的問題，應(yīng)該是最不用擔(dān)心的，作為將基于霍爾效應(yīng)的傳感器集成到CMOS技術(shù)中的公司，它的傳感技術(shù)不會(huì)在電機(jī)控制技術(shù)之下。

HVC 4223F

說完HVC 4422F和HVC 4222F，再看看該系列最新的產(chǎn)品——HVC 4223F。HVC 4223F仍然表現(xiàn)出了極高的集成度，包含所有直接驅(qū)動(dòng)PMSM/BLDC電機(jī)和雙極電機(jī)的步進(jìn)模塊，外圍模塊和用戶定義的軟件的編程能力同樣經(jīng)過優(yōu)化適應(yīng)各種不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的屬性。電子器件的高集成密度需要通過目標(biāo)指定的功率管理來適應(yīng)熱工作條件。這款新的HVC系列就提供了許多功能，精確地匹配這種適應(yīng)。

EPWM-Module(增強(qiáng)脈寬調(diào)制)支持不同工作模式和不同類型電機(jī)的被動(dòng)和主動(dòng)自由旋轉(zhuǎn)電流模式(異步/同步整流)，集成電流測(cè)量和D/A轉(zhuǎn)換器允許編程的標(biāo)稱電流值(例如微步進(jìn)電流控制)。輸出階段則包含了過載保護(hù)(過電壓/過電流)和診斷功能。所有集成的外圍模塊，EPWM、D/A轉(zhuǎn)換器和溫度監(jiān)測(cè)都可以根據(jù)工作模式進(jìn)行編程。

HVC 4223F的啟停系統(tǒng)很有特色，支持一種特殊的“保留模式”，與傳統(tǒng)的線性調(diào)節(jié)器相比，這種模式集成的開關(guān)調(diào)節(jié)器(降壓轉(zhuǎn)換器)可以最大限度地減少功率損失。對(duì)于如何減少功率損失，一直是提升電機(jī)控制效率的重難點(diǎn)，這個(gè)新系列給出的答案非常有競(jìng)爭(zhēng)力。

帶電荷泵的集成N溝道MOSFET半橋、集成虛擬星點(diǎn)和參考電流的比較器、具有三個(gè)捕獲/比較模塊的16位自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器、增強(qiáng)型PWM、以及將設(shè)備直接連接到汽車板網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)壓器，在各種電源管理模式優(yōu)化下大大降低了電流消耗，保證了領(lǐng)先的低功耗。

小結(jié)

從HVC家族表現(xiàn)出的性能來看，不得不承認(rèn)以混合信號(hào)高電壓CMOS技術(shù)開發(fā)的整個(gè)電機(jī)控制家族在集成上自成一派。更緊湊、更一體化的設(shè)計(jì)加上靈活的配置也的確打中了工業(yè)級(jí)電機(jī)應(yīng)用的痛點(diǎn)。

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原文標(biāo)題：集成風(fēng)格自成一派，嵌入式電機(jī)控制TDK-Micronas HVC家族

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審核編輯:湯梓紅