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1 MOTOR CONTROL & POWER CONVERSION MCU AND SOLUTION OVERVIEW 电机控制和电源转换的微控制器及方案介绍 恩智浦半导体微控制器市场经理 DANSON.LI 李唐山 2018 年 7 月 27 日 PUBLIC

2 议程 概述 应用方案介绍 产品介绍 KV 系列 ( 电机开发套件 ) KE 系列 DSC 系列 RT 系列 开发工具 PUBLIC 1

3 电机控制和电源转换 关心什么? 2 PUBLIC

4 软件硬件缺一不可 如何选型 切换指南开发资料 电机算法 电源拓扑 硬件评估板 调试器 烧写器 开发软件 底层驱动 参考方案 技术支持 认证及能效比 其他 PUBLIC 3

5 恩智浦 MCU 适用于电机控制 / 电源转换的多种选择 KV 系列全范围, 高主频, 大存储, 浮点运算, 接口丰富 ARM 电机控制 KV 系列 定位 : M0+,M4,M7 跨越多种内核特点 : 75Mhz ~ 240MHz, 单核 / 双核, 浮点运算, 双 CAN/ 以太网, 适用 : 多电机, 多种接口 MC56F8xxxx 性能强大, 灵活易用 DSC 高性能电机控制 定位 : 高性能电机 / 电源专用特点 : 智能化外设, 低功耗,IO 口 5V 兼容, 成熟验证适用 : 无传感器 FOC, 高动态 / 安静, 高性能及优化 基本电机控制 - Kinetis E 定位 : 通用型电机控制特点 : 纯 5V, 稳定性高,GPIO 多 更多 flash 和引脚封装选择适用 : 高性价比 KE 系列 5V 供电, 可靠稳定 I.MX RT 高主频, 高性价比 Su16 SOC 更多内容请点击 PUBLIC 4

6 性能 恩智浦 MCU 相关产品概览 I.MX RT 500Mhz~600MHz CM7 external flash / 512K RAM EMMC//Ethnet/PXP KV1x MCU BLDC, entry-level PMSM 75Mhz CM0+ KE0x MCU 5V, robust MCU MC56F827xx 50/100MHz, 64K, Xbar, DAC, HR PWM, CAN MC56F823xx 50MHz, 32K Flash PWM, ADC12, XBar, ACMP MC56F845xx 80MHz, 256K Flash DMA, HS ADC, HR PWM KV3x MCU Mid-range PMSM, UPS power 100M/120Mhz CM4 KE1xZ General Motor TSI,5V, 72Mhz CM0+ MC56F837xx 50/100MHz, 128K MC56F847xx 100MHz, 256K, DMA, HS ADC, HR PWM KV4x MCU DSC 外设 + ARM 内核 168Mhz CM4 KV3x KMS MC56F845xx 125 degree MC56F827xx 125 degree KV5x MCU 240Mhz CM7 connectivity & security. Advanced digital power MC56F847xx AEC-Q100 KE1xF MCU CM4, ECC,CAN MC56F845xx AEC-Q100 MC56F827xx AEC-Q100 量产中 执行中 计划中 恩智浦 IDE RTOS Software Libraries 与电机控制开发工具 PUBLIC 5

7 应用方案介绍 6 PUBLIC

8 BLDC 变频洗衣机 采用 MC56F827xx (KV3x 也适用 ) 方案特征 : 各种负载条件下的启动成熟观测器,4 对极 300RPM 专利弱磁算法高速时快速刹车 17000rpm 掉电失压保护 ACIM 变频, 以及下一代 PMASR 变频洗衣机都有相应方案 PUBLIC 7

9 变频冰箱压缩机控制方案 DSC 和 ARM 都有适合的产品 : MC56F82723 / MKV10Z32 方案特征 : 高能效比, 比较完整的软件支持 无感 FOC 控制, 速度环和电流闭环控制 专利弱磁算法 可靠启动, 满载时扩展的磁通量观测器 IEC60730 认证已通过 过流, 过压欠压电压不稳, 过温, 缺相保护功能 FreeMASTER GUI 调试非常方便 相关硬件以及文档 : HVP-MC3PH, 官网可以购买 HVP-56F82748 / HVP-KV10Z32 AN5387 应用笔记 PUBLIC 8

10 光热光伏 光热发电 DSC 系列 柔性控制策略 系统成本降低 完善的驱动库 同等刚性, 功耗显著降低 光伏 (DSC KV 系列适用 ) 光伏优化器 光伏逆变器 微型逆变器 IOT 协议转换 PUBLIC 9

11 电池化成分容, 单相充电 / 双向逆变二合一电源系统 (IDH 提供 ) 化成分容产品特点 : KV11 内部 16 位 ADC 用来检测电压电流温度 KV11 的 CAN 用来实现通讯 内置硬件除法器适合一些复杂运算 充电 / 逆变二合一产品特性 : MC56F847xx 单芯片 PFC/ 同步整流 +DC/DC+ 升 / 降压 整体效率较高, 性价比突出 应用场合 馈能式电池测试系统 ( 电池化成 ) 光伏太阳能逆变器 并网式 UPS 应急电源 电器 逆变 / 充电设备 蓄电池 家用 AC 插座 PUBLIC 10

12 步进电机控制方案 采用 NXP 高性价比的 DSC 芯片 MC56F84xxx 新的 MAPS-DSC 开发板同时支持步进和伺服 方案特征 : 两相四线步进电机, 可扩展为多电机控制 电机自适应功能, 自动电机参数识别及控制系统调整 可以选择额定峰值电流, 评估板目前最大支持 8A 速度比率 : 1 : 1000, 带有位置和速度闭环控制 可以选择微步分辨率, 目前最大支持 微步 最大速度 3000RPM 带有全载 脉冲命令模式 : 单脉冲 + 方向控制 最高支持 1 MHz 脉冲命令输入 可以选择对脉冲输入添加平滑滤波功能 停机一段时间降到 50% 额定电流 Stop with half rated current 应用场合 工业伺服系统 云台系统 工业缝纫机等 PUBLIC 11

13 图腾柱无桥 PFC 转换器方案 采用 NXP 高性价比的 DSC 芯片 MC56F827xxx * 另有 LLC 的方案提供 方案特征 : 各种通用输入,12V/240W 输出 模块化软件和硬件设计, 方便评估 可以从二次侧更新 Flash 隔离的 SCI 接口连接一次侧和二次侧 PF > 0.99@100% load; THDi < 5%@50% load. 过流, 过压欠压电压不稳, 过温, 限功率保护功能 应用场合 : 数字 AC/DC 电源 产品情况 : 已有样品 DRM174 在网上已有 PUBLIC 12

14 矢量通用 / 专用变频器 (IDH 提供 ) 采用 MKV4x 方案特性 : 三相交流异步 / 永磁同步电机控制 支持多种编码器 最高频率 :600.00Hz 载波频率 :2.0K-16KHz, 可根据负载自动调整载波 控制方式 : 标量 V/F 或开环矢量 SVC 或闭环矢量 FVC 稳速精度 : 正负 0.5%(SVC), 正负 0.02%(FVC) 转矩控制精度 : 正负 5%(SVC), 正负 2%(FVC) V/F 曲线 加减速曲线 直流制动 电动控制 简易 PLC/ 多段速 过温 过流 / 限流 欠过压保护 丰富接口,2 路 Modbus,1 路 CAN,1 路 CANopen,1 路 Profubus-DP 通讯 ( 需要通讯卡 ) PUBLIC 13

15 PLC 系统中的 MCU 产品特性 : NXP MCU 适合 PLC 系统中的多种设备 整套 MCU 使得客户开发移植难度降低 型号 : KV1/KV3/KV5/IMXRT/LPC54 成功要素 : 在编码器应用中,KV1/KV3 的高性价比和特性非常适合工业客户切入 NXP 的 MCU 在高性能计算 + 控制的 MCU 领域, 需要高速 ADC 可以采用 KV5, 更多接口可以采用 RT HMI 扩展卡,IMXRT 和 LPC54 都有合适产品 1. PLC 主控 : RT HMI 面板 : RT105x / LPC546xx 3. 伺服 :KV5 ( 需要内部高速 ADC) /RT 编码器 : KV1 / KV3 PUBLIC 14

16 KE15Z 的 FOC 电机控制 + 触摸按键 用于无感 FOC 的 BLDC 电机 (72MHz CM0+ ) 10KHZ 控制频率下, 跑完包括电流环的所有控制之后,CPU 负载仍有 40% 余量 可以向上升级到 KE1xF, 向下降成本到 KE0xF 采用 touch 按键开关调速 非常适合电机控制和 touch 都需要的场合, 比如洗碗机油压机等 便利的开放环境, 低成本的 FRDM 板加 SDK 可以在十分钟内完成 demo 触摸按键 洗碗机, 油烟机等 PUBLIC 15

17 产品介绍 KV 系列 16 PUBLIC

18 KV 产品概览 电机与电源控制应用的关键外围设备 MCU Family Core Memory Motor Control Timers ADC DAC ACMP Comms. Packages Flextimer eflexpwm KV5x 240MHz CM7 DSP + FPU 512kB- 1MB Flash 2 x 8ch 1x 2ch FlexTimer 2 x 12ch eflexpwm + Nano- Edge 4 x 12bit 5Msps, 1 x 16bit 1x 12-bit 4x ACMP with 6-bit DAC Ethernet, 3 x CAN 144 pin 100 pin KV4x 160MHz CM4 DSP + FPU kB Flash 2 x 8ch 1x 2ch FlexTimer 12ch eflexpwm + Nano- Edge 2x 12bit 4.1Msps / 1.9Msps 2x 12-bit 4x ACMP with 6-bit DAC 2 x CAN 100 pin 64 pin 48 pin KV3x 100/120MHz CM4 DSP + FPU kB Flash 2x 8ch 2x 2ch FlexTimer - 2x 16-bit 1.2Msps 2x 12-bit 2x ACMP with 6-bit DAC pin 64 pin 48 pin 32 pin KV1x 75M CM0+ H/W DIV & SQRT 16-32kB Flash 1x 6ch 2x 2ch FlexTimer - 2x 16-bit 1.2Msps 1x 12-bit 2x ACMP with 6-bit DAC 1 x CAN 64 pin 48 pin 32 pin 可延展的性能, 具有计时与模拟功能, 基于应用需求 PUBLIC 17

19 KV10:2ch 独立 ADC, 硬件除法器 KV11: 大 flash, 小引脚, 带 CAN 另有内置 KMS 的版本 75MHz Cortex-M0+ Hardware Divide & Square Root 4ch DMA Debug Interfaces Interrupt Controller Security and Integrity Cyclic Redundancy Check (CRC) Internal and External Watchdogs Flash Access Controller* Core System Memories Clocks ARM Cortex-M0+ 75 MHz H/W Divide & Square Root MTB 2 x16-bit ADC 2 x ACMP w/ 6b DAC 1 x12-bit DAC 4ch-DMA FlexTimers PDB Low-Power Timer 1xI 2 C 2xUARTs 1xSPI Flash Up to 128KB SRAM Up to 16KB Frequency- Locked Loop Low/High Frequency Oscillators Internal Reference Clocks Analog Timers Communication Interfaces HMI V Ref BME Low Leakage Wake-up Unit Unique ID FlexTimers 1x FlexCAN *Optional GPIO 16/32KB Flash,8KB SRAM 64/128KB Flash,16KB SRAM 2 x 8ch,16-bit ADC 1.2Msps in 12-bit mode (835ns) 1 x12-bit DAC 2 x ACMP with 6-bit DAC 1/2 x 6ch FlexTimer (PWM) 2/4 x 2ch FlexTimer (PWM/Quad Dec.) Low Power Timer Dual Watchdog Other CAN 32-bit CRC Up to 54 I/Os 1.71V-3.6V; -40 to 105C Packages 32QFN, 32 /48 /64 LQFP From $0.99/$1.1x at 10k units PUBLIC 18

20 KV1x: 家族产品概览 Part Number Freq. Package Flash SRAM FlexTimers DAC CAN KMS Enabled MKV11Z128VLH7 No 75MHz 64LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 MKV11Z128VLH7P Yes MKV11Z128VLF7 No 75MHz 48LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 MKV11Z128VLF7P Yes MKV11Z128VFM7 MKV11Z128VFM7P 75MHz 32QFN 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No Yes MKV11Z128VLC7 75MHz *32LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No MKV11Z64VLH7 75MHz 64LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No MKV11Z64VLF7 75MHz 48LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No MKV11Z64VFM7 75MHz 32QFN 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No MKV11Z64VLC7 75MHz *32LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 1 No MKV10Z128VLH7 75MHz 64LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - No MKV10Z128VLF7 75MHz 48LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - No MKV10Z128VFM7 75MHz 32QFN 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - No MKV10Z128VLC7 75MHz *32LQFP 128KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - No MKV10Z64VLH7 No 75MHz 64LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - MKV10Z64VLH7P Yes MKV10Z64VLF7 No 75MHz 48LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - MKV10Z64VLF7P Yes MKV10Z64VFM7 No 75MHz 32QFN 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - MKV10Z64VFM7P Yes MKV10Z64VLC7 75MHz *32LQFP 64KB 16KB 2x6ch; 4x2ch 1 - No MKV10Z32VLF7 75MHz 48LQFP 32KB 8KB 1x6ch; 2x2ch 1 - No MKV10Z32VFM7 75MHz 32QFN 32KB 8KB 1x6ch; 2x2ch 1 - No MKV10Z32VLC7 75MHz 32LQFP 32KB 8KB 1x6ch; 2x2ch 1 - No PUBLIC 19

21 KV3x : 性价比最高的 CM4 第一颗内置 KMS 器件 Part Number Max. Freq. LQFP Flash SRAM DMA PLL / FLL MKV31F512VLL12 120MHz K 96KB 16-ch PLL MKV31F512VLH12 120MHz K 96KB 16-ch PLL MKV31F256VLL12 120MHz K 48KB 16-ch PLL MKV31F256VLH12 120MHz K 48KB 16-ch PLL MKV31F128VLL10 100MHz K 24KB 4-ch FLL MKV31F128VLH10 100MHz K 24KB 4-ch FLL MKV30F128VLH10 100MHz K 16KB 4-ch FLL MKV30F128VLF10 100MHz K 16KB 4-ch FLL MKV30F128VFM10 100MHz 32QFN 128K 16KB 4-ch FLL MKV30F64VLH10 100MHz 64 64K 16KB 4-ch FLL MKV30F64VLF10 100MHz 48 64K 16KB 4-ch FLL MKV30F64VFM10 100MHz 32QFN 64K 16KB 4-ch FLL FTMs 2x8ch; 2x2ch 2x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch 1x8ch; 2x2ch DAC I/O w/ Digital Filters /120MHz with FPU 4 or 16ch DMA 64/128/256/512KB Flash, 16/24/48/96KB SRAM FlexBus (512KB version only) Bootloader Analog 2 x16-bit ADC: 1.2Msps in 12-bit mode Up to 2 x12-bit DAC 2 x ACMP with 6-bit DAC Timers Up to 2x8ch FTM (PWM) 2x2ch FTM (PWM/Quad Dec.) Programmable Delay Block Low Power Timer Other Up to 70 I/Os 6 high-drive I/Os (20mA) SPI/I2C 1.71V-3.6V; -40 to 105C Packages 32QFN, *48LQFP, 64/100LQFP *Alternative, non committed package From $1.19 to $2.76 at 10k units PUBLIC 20

22 电机开发套件 - Kinetis Motor Suite 1. 简单化 片上的专家系统解决了电机控制所需的深层知识, 使得有限经验的工程师可以上手开发 所有的电机配置和控制都通过图形化用户界面或者专用的 API 来进行 单参数调校, 替代 PID 繁重的调校工作 状态机图形化定义操作状态及状态迁移条件 2. 性能 系统动态补偿 on the fly 以适应外部负载和速度变化 延长机器寿命, 改善能效比和性能 补偿电机批量生产中的个体差别, 简化生产流程 Kinetis Motor Suite Motor Tuner Motor Observ er Motor Manag er Open Source Solution for BLDC / PMSM Open Source Solution for ACIM PUBLIC 21

23 Kinetis Motor Suite 组件 Motor Tuner: 初始化电机配置, 快速转动你的电机 Kinetis Motor Suite Motor Manager: 应用开发环境, 可以控制并实时调整电机系统 Motor Tuner Motor Observ er Motor Manage r Motor Observer: 出厂自带的嵌入式电机固件, 用于动态电机调校和控制 Open Source Solution for BLDC / PMSM Open Source Solution for ACIM Open Source Solution: 通过 GUI 配置带有电机固件的开源项目, 也可以通过 API 调用 PUBLIC 22

24 应用系统设计 设计新的应用系统,-- 仅需五步! 2 设置控制器极限值 Single Dial Control to set speed and position 4 设置系统状态序列 Easily define your operating states & transitions 建立应用 Build in your motor application profile Debug the application 应用开发时间进度 Intermedia te Steps calculated runtime by motor tuner And used as inputs to control 检测电机及惯量 Spin your motor & automatically measure feedback 1 3 设置动作曲线 Set smooth transitions from 1 speed to the next 5 细调你的设置 Test reference speeds and bandwidths across range PUBLIC 23

25 KV4x : 最佳组合 (DSC 外设 + ARM 内核 ) Debug Interfaces Interrupt Controller Security and Integrity Cyclic Redundancy Check Internal & External Watchdogs Flash Access Controller Core System Memories Clocks ARM Cortex-M4 168MHz DSP FPU 16ch-DMA Inter- Peripheral Crossbar Program Flash Up to 256KB SRAM Up to 32KB Phase & Frequency- Locked Loop Low/High Frequency Oscillators Internal Reference Clocks Analog Timers Communication Interfaces HMI 2 x 12-bit ADC 4 x ACMP 1 x 12-bit DAC V Ref Low-Leakage Wake-Up Unit Unique ID 12ch eflexpwm FlexTimers Programmable Delay Block Periodic Interrupt Timers Low-Power Timer Quad Encoder/ Decoder 首颗工业 MCU 具有 DSC 外设 + ARM 内核 BOOT Flash 1xI 2 C 2xUARTs 1xSPI SRAM Retention 2x CAN GPIO 168MHz Cortex-M4F, FPU 64/128/256KB 128bits wide w/ 128Byte cache Bootloader Up to 2 x CAN 2 x 8ch 12-bit ADC Sampling at up to 4.1MS/s PGA x1, x2, x4 12-bit DAC 4 x ACMP with 6-bit DAC Timers 12ch eflexpwm Up to 312ps PWM and PFM 2x8ch + 1x2ch FlexTimer (PWM) Quadrature Encoder 2 x Programmable Delay Blocks Dual watchdog Other 32-bit CRC Inter-Peripheral Crossbar with AOI Up to 56 I/Os 1.71V-3.6V; -40 to 105oC Packages *48LQFP, 64 LQFP & 100LQFP *Alternative, non committed package PUBLIC 24

26 KV5 : 最强电机控制性能 MCU Debug / Interrupts MPU Security and Integrity Cyclic Redundancy Check (CRC) MMCAU RNG Core System Memories Clocks ARM Cortex-M7 240MHz 16KB I Cache 8KB D Cache DSP FPU 4 x12-bit SAR ADC 4 x ACMP 1 x12-bit DAC Internal and External Watchdogs 32ch-DMA Inter-Module Crossbar 2x12ch eflexpwm 2x8ch FlexTimer 2x PDB PIT Program Flash 1MB 2xI 2 C 6xUARTs 3xSPI SRAM 256KB Phase & Frequency- Locked Loop Low/High Frequency Oscillators Internal Reference Clocks Analog Timers Communication Interfaces HMI 1 x16-bit SAR ADC System MPU 2x2ch FlexTimer Quad Encoder BOOT Flash External Bus Interface (FlexBus) 3x CAN IEEE 1588 Ethernet MAC GPIO Optional 240MHz Cortex-M7 512KB/1MB wide, 128 Bytes cache 128/256KB SRAM Boot Flash Communications Multiple serial ports 3 x FlexCAN, FlexBus Ethernet Analog 4 x 8ch 12-bit ADC -- 5Msps Sample Time 1 x 16-bit SAR ADC 1 x12-bit DAC 4 x ACMP w/ 6b DAC Timers 1 x 12ch Nano edge timer 312ps PWM and PFM Resolution 1 x 12ch eflexpwm 2x8ch + 2x2ch FlexTimer (PWM) Quadrature Encoder 2 x PDB, Low-Power Timer Others MMCAU & RNG 32-bit CRC, MPU Inter-module Crossbar Switch with AOI 1.71V-3.6V; -40 to 105C Packages 100LQFP, 144LQFP, 144MAPBGA From $5 at 10k units PUBLIC 25

27 产品介绍 KE 系列 26 PUBLIC

28 集成度 Kinetis E 系列概览 V MCU, 具有高可靠性与稳定性 KE1xF 168 MHz CM4, ADCs KE1xZ 72 MHz CM0+, Enhanced features KE0xZ 40/48 MHz CM0+, Entry level KE18F CM4, ECC, 3xADCs, 2xCANs KE16F CM4, ECC, 3xADCs, CAN KE14F CM4, ECC, 3xADCs KE18F KE16F KE18F KE16F M4 KE14F KE14F KE15Z KE15Z KE14Z KE15Z KE14Z KE15Z CM0+, 72MHz, NXP Touch KE14Z CM0+, 72MHz M0+ KE04Z KE06Z KE04Z KE06Z KE04Z KE06Z CM0+, 48MHz, CAN KE04Z CM0+, 48MHz KE02Z CM0+, 40Mz, EEPROM M0+ KE02Z KE02Z KE02Z 8 KB 16 KB 两种操作模式自封 : 最多 25 个键相互上限 : 最多 36 个键 EMC 具有先进的稳健性通过 IEC 标准测试 先进的防水性能 简易操作恩智浦 Touch Library 支持 SDK touch API 支持 无需外部组件 32 KB 64 KB 128 KB 256 KB 512 KB 存储密度 KE15Z,64K flash Motor Touch CAN Better cost PUBLIC 27

29 Kinetis E EMC 性能 EFT PESD 和交流功率继电器测试的稳健性 测试条件 微波炉控制器板, 以 KE02 为主控 MCU 开发板与系统水平测试基于 IEC (EFT) IEC (PESD) 中国器件本土测试 AC Power Relay KE02 Controller Board 测试结果 开发板水平 IEC (EFT):+/- 4.4kV* IEC (PESD): 间接接触放电 +/- 20kV 中国器件本土测试 AC Power Relay: 6-turns without Reset Microwave Oven with the KE02 Controller Board 系统水平 IEC (EFT):+/- 4.4kV* IEC (PESD): Contact Discharge(at the case) +/- 20kV IEC (PESD): Air Discharge(at the control panel) +/- 15kV *Limited by the test equipment max output voltage PUBLIC 28

30 产品介绍 DSC 系列 29 PUBLIC

31 DSC 外设模块 - 控制和测量 V3 新核提升 30% 效率 高速 ADC, 可选采样校正功能, 减去一个预设的偏置值 PGA: 小信号被放大后给 ADC 提供更精确的输入 高分辨率 PWM: 提供更精细的控制, 提高系统快速响应性能 在电源转换中, 频率调制需要精确地频率控制 256kB Flash 32kB RAM 32kB Boot/Data Flex memory 56800E V3 Core 100MHz JTAG/EOnCE 8ch 12bit ADCA 8ch 12bit ADCB CRC Crystal Oscillators (8Mhz & KHz) PLL OSC 8Mhz / 32KHz 2 x PIT (RTC) Inter-Module CrossBar PGAA x1,2,4 PGAB x1,2,4 8-ch High Res PWM 8-ch PWM /W Capture 1 Quad Decoders 1ch 12bit DAC 3ch 6bit DAC 3ch ACMP 2ch PDB 8ch 16bit Quad Timer 标准 PWM: 可以控制第二个无传感器电机, 或者作为输入捕获 正交解码用于检测电机的速度, 或位置计算 12 位 DAC 带有外部引脚, 可以为 ADC 设置动态调整, 或者产生任意模拟波形 6 位 DAC 可以为比较器提供基准 System Integration Module (SIM) Interrupt Controller GPIO Voltage Regulator COP POR LVI 2 x QSPI 2x IIC/SMbus 1 x FlexCAN 3 x HS QSCI 8ch 12bit ADC /w Temp DMA Controller 内部比较器 : 检测过零点, 过压过流, 重启定时器, 紧急情况时可以关断 PWM 输出 PDB( 可编程延迟模块 ) 简化精确延时控制, 而无需 CPU 干预 降低中断延迟, 中断响应速度提升 40% 改善 RTOS 支持, 仅需 1 个时钟进行场景交换 DMA 增加处理器的吞吐量, 使得控制算法更高效 输入分主和次, 功能有 : 边沿, 窗口, 正交, 带符号, 触发, 级联, 捕获, 比较 PUBLIC 30

32 性能 恩智浦 DSC 发展路线图 - 成本与性能优化. 高级控制环算法苛刻的实时应用 - 包括高级电机控制太阳能逆变三转换 UPS 更多.. MC56F84xxx 56F847xx 100MHz, 256K Flash DMA, HS ADC, Hi Res PWM, XBar, DAC, ACMP, CAN 56845xx 80MHz, 256K Flash DMA, HS ADC, Hi Res PWM, XBar, DAC, ACMP, CAN 56F844xx 60MHz, 64K Flash DMA, HS ADC, Hi Res PWM, XBar, ACMP, CAN 双核进行中 MC56F801x 32MHz Hi Res PWM, ADC MC56F802x/3x 32MHz, ADC, DAC, ACMP, CAN Hi Res PWM 32MHz, ADC, DAC, ACMP, Hi Res PWM, MC56F800x 32MHz Hi Res PWM, ADC, PGA, ACMP MC56F827xx 50MHz/100MHz, 64K Flash Hi Res PWM ADC12, XBar, DAC, ACMP, CAN MC56F823xx 50MHz, 32K Flash PWM, ADC12, XBar, ACMP 低成本 DSC 进行中宽温度 DSC 进行中 相同封装引脚兼容 全新 90nm PUBLIC 31

33 MC56F827xx 特征 (50/100Mhz) 64KB Flash 8KB SRAM 16KB Flash 2K B SRAM Memory Options Program Flash Data RAM Memory Resource Protection 56800EX Core 100/50MHz JTAG/EOnCE System Integration Module (SIM) PLL Crystal OSC 8MHz OSC 32KHz OSC Inter-module Cross Bar Voltage Regulator 2 COP POR LVI 4Ch DMA CRC Band-gap Ref 2 x 12bit DAC 8-Ch 12bit ADCA w/ PGA 8-Ch 12bit ADCB w/ PGA 8-Ch PWM 4-Ch 16bit Timer 4x Analog Comp 1 x MSCAN 2 x HS SCIs 2 x SPI IIC/SMbus 2.7~3.6V 操作,5V IO 兼容 cache & RAM 100MHz 运行 定时器和 SCI 外设运行于 100 MHz 最高配置 64KB / 8KB 2 x12 位 ADC( 带有 PGA) 800ns 转换速率 带隙基准参考 八通道 Nano 边沿 PWM (312ps) 最多 4 路可编程故障保护输入 输入捕获功能 内部 cross-bar 2 x 窗口看门狗, 外部看门狗监视器 4 x 16 位增强型多功能定时器 2 x 12 位 DAC 4 x 模拟比较器 ( 带有 6 位电压参考 ) 2 x 高速 SCI, 2 x SPI, 1x I 2 C 软件可编程 PLL 多个时钟源 外部晶振 / 谐振器 8MHz/200KHz 可调内部振荡器 32KHz 内部 RC 张弛振荡器 错误代码纠正 存储器资源保护单元 32QFN, 32LQFP, 48LQFP & 64LQFP 其他 工业温度等级 :-40C 至 50MHz 扩展温度等级 :-40C 至 40MHz PUBLIC 32

34 MC56F84xxx (256kB Flash, 100MHz) Instruction Shadow Registers 32bit Instruction Set 32b Instr Cache & Prefetch Security & Integrity Cyclic Redundancy Check (CRC) Dual Watchdog w/ ext source Core System Memories Clocks 56800EX Up to 100 MHz Fast Nested Interrupts Parallel Instruction Moves eonce Interface Timers eflexpwm Deadtime Input Capture Fault detect NanoEdge Placer 4Ch 16b Timer 2 x PITs Memory Resource Protection 4-ch DMA InterModule Crossbar Vref Quadrature Decoder 8ch 12bit with PGA 12bit DAC Band-Gap Ref & Temp Sensor Analog Program Flash Up to 256KB SRAM 32KB FlexMemory 32KB Flash / 2KB EEPROM 8ch 12bit with PGA 12bit DAC 4 x ACMP w/ 6b DAC PLL Crystal OSC 8MHz OSC 200KHz OSC Communication Interfaces 2x I 2 C/SMBus 3xUART 3xSPI CAN 超快的中断响应 2.7~3.6V 操作,5V IO 兼容 FlexMem 灵活的存储方式 ( 额外提供 ) 2 x12 位 ADC( 带有 PGA) 300ns 转换速率 16 x16 位 ADC 连接高精度外部传感器 12 通道 eflexpwm (312ps) +12ch PWM 半周期重载和整数重载设置 深受客户好评的多种灵活配置功能 内部 cross-bar 可以连接所有的输入, 并支持逻辑功能 (AND/OR/XOR/NOR) 存储器保护单元可以增强安全鉴定 2 x 窗口看门狗, 外部看门狗监视器 8 x 16 位增强型多功能定时器 2 x 12 位 DAC 4 x 模拟比较器 ( 带有 6 位电压参考 ) 3 x 高速 SCI, 3 x SPI, 2x I 2 C, 1xCAN 多个时钟源 外部晶振 / 谐振器 8MHz/200KHz 可调内部振荡器 32KHz 内部 RC 张弛振荡器 错误代码纠正 其他 48LQFP, 64LQFP, 80LQFP, 100LQFP 工业温度等级 :-40C 至 105C 扩展温度等级 ** 进行中 PUBLIC 33

35 增强型 PWM (eflexpwm) 四个独立子模块和一个时钟基准 两个 PWM 输出 + 一个辅助 PWM 输入 / 输出 每个 PWM 输出的双沿独立控制 增强型双沿捕获功能 16 位非对称 PWM 支持中央对齐和边沿对齐 精确延时可以增强 PWM 周期和边沿的分辨率 既可以成对互补操作, 也可以作为独立操作 可以与外部硬件或其他 PWM 子模块同步 整数重载率是 1 至 16, 包括半周期重载 每个 PWM 周期可以设置触发多个输出事件 支持 PWM 输出的双切换 ( 周期和占空比 ) 支持 PWM 输出的 double switch ( 三相电流重构 ) 故障输入可以指定连接控制多个 PWM 输出 故障输入的可编程滤除 独立可编程的 PWM 输出极性 独立的上桥 / 下桥死区时间插入 通过 FORCE_OUT 事件的软件控制和交换特征 应用笔记 AN Using Motor Control eflexpwm (mcpwm) for BLDC Motors PUBLIC 34

36 用 Quad Timer A 检测转子位置 转速和旋转圈数 TMRA0 工作于正交记数模式, 用于检测转子位置 ; TMRA1 工作于记数模式, 结合 TMRA0, 通过捕捉 TMRA0/1 的计数器值来检测转速 ; TMRA2 工作于记数模式, 用于检测转子旋转的圈数 ; TMRA3 工作于记数模式, 用于提高低转速检测精度 PUBLIC 35

37 CrossBar 内部互相连接 6-bit VREF 12-bit DAC output X3 X4 HSCMP Quad Timer 6 位 DAC 输出到 ADC PAD Window / Sample[2: 0] Crossbar 结构 Trigger zero/high/low To comparators SYNC_IN 8-ch 12 位 ADC X 2 DAC input for test only 12-bit DAC Output 12 位 DAC PAD PAD X8 Add 4 more if we want all PWMX[N] 8-ch mcpwm OUT_TRIG0[3,0] OUT_TRIG1[3,0] 4 11 EXTA[3:0] EXT_SYNC EXT_FORCE EXT_CLK FAULT[3:0] X8 外设功能 I/O Muxing 输入可以来自片外, 输出仅限片内 PAD PIT X 2 2 SYNC_OUT[1 :0] PUBLIC 36

38 DSC 性能对比 - 功耗 56F F F84789 内核 56800e V ex V e V3 总线速度 32MHz 50 / 100MHz 100MHz Flash/ RAM 12K / 2K 32K / 6K 256kB / 32KB EEPROM 仿真无 (FlexMem) FlexMem 32 / 2kB PWM 3* system clock = 96M 312ps 分辨率,100MHz 312ps 分辨率 ADC 2*8ch*12b, 2500ns 2*8ch*12b, 800ns 2*8ch*12b, 300nS, 1*16ch*6b, w/ temp PGA X32 (max) x1, x2, x4 in ADC x1, x2, x4 in ADC Timer 2*16 timer 4*timer, 1*quad, 2*PIT 2*quad, 1*QEI, 2*PIT DAC & CMP 3*6b with CMP 2*12b + 3*ACMP 1*12b + 4*ACMP 接口 1*IIC, 1*SCI, 1*SPI 1*IIC, 1*SCI, 1*SPI 25 摄氏度 同等性能条件下, 功耗仅为行业水平的 50% 2*IIC, 3*SCI, 3*SPI, 1 FlexCAN PUBLIC 37

39 Su16 高度集成, 超小体积 4.5V~18V 4.2V Voltage Reference 1xACMP(w/ DAC) 2*12b ADC WCOP XBar S08L Su16 MCU 2 x current sensing Op- Amp & OCP LDO OPAMP MCU Pre-driver 3x PMOS 3x NMOS 3x comparator 1x voltage clamp 4.5V ~ 18V 40MHz 16K Flash / 768B RAM cpu clk : bus clk - 2:1 or 1:1 MOSFET Pre-driver 24 QFN (4*4) PUBLIC 38

40 产品介绍 RT 系列 39 PUBLIC

41 RT1050 概览 RT1050 规格 : 封装 : MAPBGA196 10x10mm^2, 0.65mm pitch (130 GPIOs) 温度 / 质量 : -40 to 105 C (Tj) 工业 / -40 to 95 C (Tj) 消费者 主要特征与优势 : ARM Cortex-M7 处理器, 600MHz 32KB I-Cache, 32KB D-Cache 512KB 紧耦合存储器 (TCM) 与片上 SRAM 共用 8/16 位 SDRAM 控制器,8/16 位并行 NOR FLASH / PSRAM 双通道 Quad-SPI NOR FLASH 并行 LCD 显示高达 WVGA(800x480) 8/16 位并行相机传感器接口 像素处理流水线 (PXP) - 2D 图形加速 2 个 emmc 4.5 / SD 3.0 / SDIO 端口 带有 PHY 的 2 个 USB 2.0 OTG,HS / FS, 设备或主机 音频 :3x I2S / SAI,1x S / PDIF Tx / Rx 带 IEEE 1588 的 1x 10/100 以太网 2 个 12 位 ADC, 共多达 20 个输入通道,4 个模拟比较器 4x 正交编码器,4x Quadtimer 和 4x FlexPWM 完整的 PMU 集成,DCDC + LDO 安全性 :TRNG, 加密 AES-128, 高保证启动 (HAB), 总线加密引擎 使用工具 : MCUXpresso FreeRTOS with SDK System Control Secure JTAG PLL, OSC edma Watch Dog x4 GP Timer x6 QENC x4 QuadTimer x4 FlexPWM x4 IOMUX Internal Memory 512KB SRAM/TCM 96KB ROM Power Mgmt DCDC & LDO Temp Monitor Ciphers & RNG FPU Main CPU Platform Core ARM Cortex-M7 32 KB I-cache 32 KB D-cache MPU Up to 512KB TCM Multimedia External Memory NVIC 8/16-bit Parallel Camera Interface 24-bit Parallel LCD (RGB) Pixel Processing Pipeline (PXP) 2D Graphics Acceleration Resize, CSC, Overlay, Rotation Dual-Channel Quad-SPI with Bus Encryption Engine External Memory Controller 8/16-bit SDRAM Parallel NOR Flash NAND Flash Security Bus Secure RTC Encryption Engine Connectivity emmc 4.5 / SD 3.0 x2 UART x8 8x8 Keypad I2C x4 SPI x4 GPIO I2S/SAI x3 S/PDIF Tx/Rx CAN x2 USB2.0 OTG with PHY x2 10/100 ENET x1 with IEEE 1588 ADC / DAC ADC x2 (20-ch) ACMP x4 HAB PUBLIC 40

42 RT1050 RT1020 RT1020: 从 RT1050 到低成本的 LQFP 解决方案 i.mx RT BGA, 10x10 144LQFP, 20x20 100LQFP, 14x14 Cortex-M7 高达 600MHz 32KB/32KB I/D 缓存 512KB SRAM / TCM 4x Flex PWM, 4x Quad Timer, 4x ENC 2x HS USB, 2x SDIO, 2x CAN, 1x ENET 8x UART, 4x SPI, 4x I2C Qual-SPI 接口 外部存储控制器 (SDRAM, NOR, NAND) 3x SAI/ SPDIF RX & TX/ 1x ESAI 2x ADC, 4x ACMP PxP 用于 2D 加速 并行相机接口 并行 LCD 接口 TRNG&PRNG 128-AES 加密 总线加密引擎 集成 PMIC Cortex-M7 高达 500MHz 16KB/16KB I/D 缓存 256KB SRAM / TCM 2x Flex PWM, 2x Quad Timer, 2x ENC 1x HS USB, 2x SDIO, 2x CAN, 1x ENET 8x UART, 4x SPI, 4x I2C Qual-SPI 接口 外部存储控制器 (SDRAM, NOR, NAND) 3x SAI/ SPDIF RX & TX/ 1x ESAI 2x ADC, 4x ACMP TRNG&PRNG 128-AES 加密 总线加密引擎 集成 PMIC 封装 : - 196BGA, 10x10, 0.65p 封装 : - 144LQFP, 20x20, 0.5p - 100LQFP, 14x14, 0.5p PUBLIC 41

43 RT1020 框图 System Control Secure JTAG PLL, OSC edma 4x Watch Dog 6x GP Timer 2x Quadrature ENC 2x QuadTimer 2x FlexPWM IOMUX Internal Memory 256KB SRAM/TCM 96KB ROM Power Mgmt Main CPU Platform FPU Core Arm Cortex -M7 16 KB I-cache 16 KB D-cache MPU Up to 256KB TCM Security NVIC External Memory Dual-Channel Quad-SPI with Bus Encryption Engine External Memory Controller 8/16-bit SDRAM Parallel NOR Flash NAND Flash Ciphers & RNG Secure RTC Connectivity 2x emmc 4.5/SD 3.0 8x UART 8x8 Keypad 4x I2C 4x SPI GPIO 3x I2S/SAI S/PDIF Tx/Rx 2x CAN USB2.0 OTG with PHY 10/100 ENET with IEEE 1588 ADC / DAC 高性能与集成度 Cortex-M7 高达 500MHz, 具有 16KB / 16KB I / D 缓存 带 PHY 的高速 USB 多 PWM 用于双电机控制 安全性 ( 即时 FlexSPI 解密 ) 丰富的音频功能 低成本, 开发简易 起价 10Ku LQFP 封装实现了低成本的双层 PCB 设计 集成电源管理模块降低了外部电源的复杂性 带 SDK 的 FreeRTOS MCUXpresso / Keil / IAR 规格 - 封装 : 100LQFP, 14x14, 0.5p ( 就绪 ) 144LQFP, 20x20, 0.5p (Q4 2018) - 温度 / 质量 : -40 to 105 C (Tj) 工业 0 to 95 C (Tj) 消费者 DCDC & LDO efuse 2x ADC (20-ch.) Temp Monitor HAB 4x ACMP PUBLIC 42

44 开发工具 43 PUBLIC

45 MCUXpresso 软件和工具为 arm 核芯片 (DSC 使用 codewarrior) MCUXpresso 软件与工具 IDE SDK Config Tools MCUXpresso IDE Edit, compile, debug and optimize in an intuitive and powerful IDE MCUXpresso SDK Runtime software including peripheral drivers, middleware, RTOS, demos and more NXP Cortex-M Microcontrollers LPC + Kinetis MCUXpresso Config Tools Online and desktop tool suite for system configuration and optimization PUBLIC 44

46 FreeMASTER 图形界面调试 读取 / 写入到目标的任意存储器位置 对目标存储器的位操作 示波器 优化对变量的实时访问 ( 最多八个变量 ) 刷新速度由通讯口决定 记录仪 访问记录目标板上快速瞬变的数据, 刷新速度由 CPU 速度决定 记录的数据长度由可用存储器空间决定, 最大 64kB 应用命令 由 PC 发给具体应用的消息 PUBLIC 45

47 QuickStart 软件 模块配置页面 Quick Start : 方便使用的 DSC 软件开发工具底层外设配置工具 QuickStart 包含 所有外设模块的底层驱动包 可用的项目模板 图形配置工具 示例应用 时钟汇总 外设模块树 警报窗口 寄存器汇总 QuickStart 可以 根据客户需求来设计 支持所有的 DSC 设备 是大型家电客户的官方标准开发工具 介绍文档 AN DSC56800EX Quick Start 开发环境的介绍 AN 如何使用 Quick-Start 工具来建立基于 56F8xxx 的 FOC 代码结构 工具下载地址 : Hans/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=DSP56800EQUICKSTART&fpsp=1&tab=Design_Tools_Tab&uc =true&lang_cd=zh-hans PUBLIC 46

48 MAPS-DSC 开发板特点介绍 主芯片 :MC56F MHZ, 256Kflash, 56800EX core, 所有引脚引出 可以同时驱动两个带增量式编码器 / 霍尔传感器的三相永磁同步电机的矢量控制伺服, 也支持无感 BLDC 和带传感器的正弦波控制等 伺服方案具有定位准确 静态刚度好 节约成本等优点 板上自带 USB 调试器, 可以编程烧写, 也可以通过 FreeMASTER 软件在线调试 24V 直流外部电源接口 两组三相电机驱动电路, 每组包含 : 三相六臂全控桥驱动 预驱动 MC33937 三相电流和电压采样 DB15 适配器 支持编码器和霍尔传感器 PUBLIC 47

49 三相高压驱动板 HVP 用途 : 特征 : 目前可以支持的 KV 和 DSC KV10, KV31, KV46, MC56F82748 BLDC / PMSM / ACIM 驱动 白电 / 工业驱动 / 泵 / 风机 输出功率 : 1KW 无 PFC, 250VAC, 800W 带 PFC,>90VAC 最大输出电流 8A 输入电压 : 交流 V 或直流 V 内置 PFC 功能 SWD /JTAG /SCI / USB 均有 5KV 光电隔离 支持蓝牙无线模块 CE / FCC 认证 PUBLIC 48

50 文档和工具 中文参考设计 (DR) / 应用笔记 (AN): AN4911: 三相 PMSM 无感 FOC AN4912: 使用 MCAT 工具细调三相 PMSM 无感控制应用 DRM152: 基于 MC56F84789 DSC 单芯片三合一空调系统更多新的应用笔记在 NXP 官方网址 软件库 IEC60730B DSC Safety Routines 1.0; IEC60730B Kinetis Safety Household routines MCAT ( 电机控制应用调音师 ) 免费 GUI 图形界面插件工具, 可以提供实时监控, 并更新控制参数 不提供独立版本, 而是作为 FreeMASTER 的特殊参考设计插件 开发板 FRDM 开发板, 包含必要的系统组件, 引脚方便引出 TOWER 开发板,MCU 板 / 电源板 / 通讯板 / 扩展板 MAPS 本地化开发板, 自带仿真器, 高低压驱动板, 灵活的 HVP 板 电机控制工具盒 MATLAB /Simulink 模块化环境电机控制插件工具 提供自动代码生成, 支持多种编译器, 与 FreeMASTER 兼容 低成本调试工具 DSC emulator HD100 (low cost, DSC 调试器 ) NXP 第三方公司提供 PUBLIC 49

51 电机和电源控制中的最新微控制器技术 现已发售 隶属 物联网与人工智能应用开发丛书 工信部人才交流中心与恩智浦共同编著 工业和信息化领域专业人才知识更新工程 培训用书 内容简介 本书全面地介绍了当前主流的电机和电源数字控制系统的基本 原理 相关控制技术理论和市场应用场景 并针对电机和电源数字控 制系统的架构, 分享了电机和电源数字控制用的微控制器的基本资源 需求, 以及市场上主流厂商的最新技术发展状况 本书同时从工程实践的角度出发, 介绍基于恩智浦半导体微控 制器实现的主流电机类型和电源拓扑的控制案例, 分享了实际工程开 发中有关微控制器控制的应用经验和方法 四大平台现已发售! PUBLIC 50

52 谢谢! 欢迎关注 NXP 客栈 欢迎关注 恩智浦 MCU 加油站 PUBLIC 51

53 NXP and the NXP logo are trademarks of NXP B.V. All other product or service names are the property of their respective owners NXP B.V.