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從"能用"到"好用"!航順HK32F39A國(guó)產(chǎn)變頻器方案的進(jìn)階密碼

03/07 08:46
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一、市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)

變頻器作為工業(yè)自動(dòng)化與節(jié)能領(lǐng)域的核心設(shè)備,市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)攀升。據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù)顯示,2023年全球變頻器市場(chǎng)規(guī)模已突破200億美元,預(yù)計(jì)2025年將超300億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)8.2%。中國(guó)作為全球制造業(yè)中心,變頻器需求占比超30%,受益于“雙碳”政策推動(dòng)、工業(yè)4.0升級(jí)及新能源產(chǎn)業(yè)爆發(fā),變頻器在智能制造、新能源汽車、智慧樓宇等領(lǐng)域的滲透率快速提升,市場(chǎng)潛力巨大。

二、市場(chǎng)應(yīng)用:多場(chǎng)景覆蓋,助力高效節(jié)能

變頻器憑借其精準(zhǔn)調(diào)速、節(jié)能降耗的核心能力,廣泛應(yīng)用于:

工業(yè)制造:機(jī)床、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備調(diào)速控制;

HVAC系統(tǒng):中央空調(diào)、暖通設(shè)備變頻驅(qū)動(dòng);

新能源汽車:電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電樁電源管理,推動(dòng)電動(dòng)化進(jìn)程;

智能家電變頻冰箱、空調(diào)等,提升用戶體驗(yàn)與能效等級(jí);

可再生能源光伏逆變器、風(fēng)力發(fā)電變流器,優(yōu)化能源轉(zhuǎn)換效率。

三、方案概述:航順HK32F39A賦能高性價(jià)比變頻器設(shè)計(jì)

航順芯片推出的HK32F39A系列MCU,基于Arm Cortex-M3內(nèi)核,主頻高達(dá)120MHz,集成527KB Flash+97KB RAM,支持高級(jí)PWM、12位ADC、CAN/USART/SPI/I2C等豐富外設(shè),為變頻器控制提供高性能、高可靠性解決方案。

方案架構(gòu):

主控單元:HK32F39A實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集通信

功率模塊:IGBT/IPM驅(qū)動(dòng)電路,支持三相電機(jī)高效變頻輸出;

人機(jī)交互LCD顯示、按鍵輸入,支持參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整;

保護(hù)機(jī)制:過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等多重硬件保護(hù),保障系統(tǒng)安全。

四、方案核心優(yōu)勢(shì)

高性能處理能力

  • 120MHz主頻+硬件乘除法器+32位單精度浮點(diǎn)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電機(jī)控制算法;
  • 12位ADC采樣速率1Msps,精準(zhǔn)采集電流電壓信號(hào)。

工業(yè)級(jí)可靠性

  • 工作溫度范圍-40℃~105℃,適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境;
  • EMC抗干擾性能優(yōu)異,通過(guò)IEC 61000-4標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

開發(fā)生態(tài)完善

  • 提供完整的SDK、電機(jī)控制庫(kù)及參考設(shè)計(jì),開發(fā)周期縮短;
  • 兼容某國(guó)外品牌硬件生態(tài),支持快速遷移與二次開發(fā)。
產(chǎn)品系統(tǒng)框圖

航順HK32F39A系列MCU主要規(guī)格

  • ARM? Cortex?-M3?內(nèi)核
    • 最高時(shí)鐘頻率:120 MHz
    • 24?位?System Tick?定時(shí)器
    • 支持?CPU Event?信號(hào)輸入至?MCU?引腳,實(shí)現(xiàn)與板級(jí)其它?Soc CPU?的聯(lián)動(dòng)。
  • 工作電壓范圍
    • 雙電源域:
    • ? ? ? ? ? ?-主電源?VDD?為?2.0 V ~ 3.6 V
    • ? ? ? ? ? ?-備份電源?VBAT為?1.8 V ~ 3.6 V
    • 當(dāng)主電源掉電時(shí),RTC?可繼續(xù)工作在?VBAT?電源下。
    • VBAT?電源域提供?84 byte?備份寄存器。
  • 工作溫度范圍:-40°C ~ +105°C
  • VDD?典型工作電流
    • 運(yùn)行(Run)模式:19.3 mA@120MHz@3.3V
    • 睡眠(Sleep)模式:5.6mA@120MHz@3.3V(喚醒時(shí)間:1?個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期)
    • 停機(jī)(Stop)模式
    • ? ? ? ? ???- LDO?低功耗模式:89.4?μA@3.3V(喚醒時(shí)間:10μs)
    • ? ? ? ? ???- LDO?全速工作模式:303?μA@3.3V
    • 待機(jī)(Standby)模式:3.3?μA@3.3V(喚醒時(shí)間:150μs)
  • VBAT?典型工作電流(VDD掉電)
    • VBAT RTC?開啟模式:2.6?μA@3.3V
    • VBAT RTC?關(guān)閉模式:2.1?μA@3.3V
  • 存儲(chǔ)器
    • 最高?527 Kbyte?的?Flash?存儲(chǔ)器
    • ? ? ? ? ???-?當(dāng)?CPU?主頻不高于?24 MHz?時(shí),支持?0?等待總線周期。
    • ? ? ? ? ???-?具有代碼安全保護(hù)功能,可分別設(shè)置讀保護(hù)和寫保護(hù)。
    • 97Kbyte?片內(nèi)?SRAM
    • FSMC?模塊可外掛?1 Gbyte NOR/PSRAM/NAND/PC Card?存儲(chǔ)器(其中,256 Mbyte?的空間可以存放指令,可用于片內(nèi)?Cache?緩存)
  • 數(shù)據(jù)安全
    • CRC32?校驗(yàn)硬件單元
  • 時(shí)鐘
    • 外部高速時(shí)鐘(HSE):支持?4 ~ 32 MHz,典型?8 MHz
    • 外部低速時(shí)鐘(LSE):32.768 kHz
    • 片內(nèi)高速時(shí)鐘(HSI):8 MHz/28 MHz/56 MHz?可配置
    • 片內(nèi)低速時(shí)鐘(LSI):40 kHz
    • PLL?輸出時(shí)鐘:120MHz(最大值)
    • GPIO?外部輸入時(shí)鐘:1 ~ 64 MHz
  • 復(fù)位
    • 外部管腳復(fù)位
    • 電源復(fù)位(POR/PDR)
    • 軟件復(fù)位
    • 看門狗(IWDG?和?WWDG)復(fù)位
    • 低功耗管理復(fù)位
  • 可編程電壓檢測(cè)器(PVD)
    • 8?級(jí)檢測(cè)電壓門限可調(diào)
    • 上升沿和下降沿檢測(cè)可配置
  • 通用輸入輸出端口(GPIO)
    • 64?腳封裝提供?51?個(gè)?GPIO?引腳,100?腳封裝提供?80?個(gè)?GPIO?引腳
    • 所有?GPIO?引腳可配置為外部中斷輸入
    • 內(nèi)置可開關(guān)的上、下拉電阻
    • 支持開漏(Open-Drain)輸出
    • 支持施密特(Schmitt)遲滯輸入
    • 輸出驅(qū)動(dòng)能力超高、高、中、低四檔可選
  • 數(shù)據(jù)通訊接口
    • 5?路?USART/UART(USART1/2/3,UART4/5)
    • 3?路?SPI(SPI2/3?支持?I2S?協(xié)議)
    • 2?路?I2C
    • 1?路?SDIO
    • 1?路?CAN 2.0 A/2.0B
    • 1?路全速?USB2.0
  • 定時(shí)器及?PWM?發(fā)生器
    • 高級(jí)定時(shí)器:TIM1/TIM8(帶死區(qū)互補(bǔ)?PWM?輸出)
    • 通用定時(shí)器:TIM2/TIM3/TIM4/TIM5
    • 基本定時(shí)器:TIM6/TIM7(支持?CPU?中斷、DMA?請(qǐng)求和?DAC?轉(zhuǎn)換觸發(fā))
  • 片內(nèi)模擬電路
    • 3?個(gè)?12?位?1 MSPS ADC(支持最多?16?路外部模擬輸入通道同時(shí)使用;其中?2?路弱驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入通道和?1?路?5 V?高壓信號(hào)輸入通道);支持雙?ADC?模式,采樣率最高?2 MSPS。
    • 2?個(gè)?12?位?DAC
    • 1?個(gè)溫度傳感器
    • 1?個(gè)?0.8 V?內(nèi)部參考電壓
    • 1?個(gè)?VBAT?電源電阻分壓器(分壓器輸出在片內(nèi)與?ADC?相連,實(shí)現(xiàn)?VBAT電源電壓監(jiān)控)
  • DMA?控制器
    • 2?個(gè)獨(dú)立?DMA:DMA1?和?DMA2
    • DMA1?提供?7?路通道
    • DMA2?提供?5?路通道
    • 支持?Timer、ADC、SPI、I2C、USART、UART?等多種外設(shè)觸發(fā)
  • CPU?調(diào)試及跟蹤接口
    • SW-DP?兩線調(diào)試端口
    • JTAG?五線調(diào)試端口
    • ARM DWT、FPB、ITM、TPIU?調(diào)試追蹤模塊
    • 單線異步跟蹤數(shù)據(jù)輸出接口(TRACESWO)
    • 四線同步跟蹤數(shù)據(jù)輸出接口(TRACEDO[3:0]、TRACECKO)
    • 自定義?DBGMCU?調(diào)試控制器(低功耗模式仿真控制、調(diào)試外設(shè)時(shí)鐘控制、調(diào)試及跟蹤接口分配)
  • RTC?時(shí)鐘計(jì)數(shù)器,配合軟件記錄年月日時(shí)分秒
  • ID?標(biāo)識(shí)
    • 每顆芯片提供一個(gè)唯一的?96?位?ID?標(biāo)識(shí)
  • 可靠性
    • 通過(guò)?HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU200mA?等級(jí)測(cè)試

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