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来源:EET发布时间:2021-05-13859浏览
询问 AI具有同样功能和性能特性的电子元器件可能因为使用场合的不同，在质量、可靠性和工作指标方面有很大的差异，自然价格差别也很大。按照应用等级，电子元器件可分为：军工级、汽车级、工业级，以及民用/商用级。
下表是电子产品设备及其中的电子元器件不同等级的对比。
工作温度范围是区别不同级别电子元器件的主要参数，更宽的温度范围代表着芯片的各种参数可在工作温度范围内达标且保持稳定。为了达到更宽的工作温度范围，往往需要在芯片制造工艺、功耗、封装工艺等各方面做出调整和改善。
●军工级：工作温度一般介于-55℃~+125℃，因为军事和战争环境特别复杂，要求电子设备在很大的温度范围内都能够稳定工作。军工级电子元器件的设计和制造工艺是最精密和先进的，领先民用级产品10-20年。军工级产品的耐温特性、抗干扰性、耐振能力、稳定性、可靠性、耐过载性以及参数的准确性等，都远胜于其它级别的产品；
●汽车级：工作温度一般介于-40℃~+125℃，因为汽车行驶路况和环境也比较复杂，需要经过一套严格的标准认证，如ISO/TS 16949标准和AEC系列标准；
●工业级：工作温度一般介于-40℃~+85℃，精密度和价格都比军工级和汽车级稍低，但也必须满足工业环境的稳定可靠性要求，比如精密工业设备就要求电子元器件性能参数有很高的稳定性；
●民用/商用级：工作温度一般介于0℃~+70℃，消费电子、PC和手机等电子产品中的元器件都属于这个级别，价格相对便宜，是应用最为广泛的。
●微控制器（MCU）是很多电子设备的“大脑”，其性能、稳定性和可靠性至关重要，当然也有不同的等级区别。我们重点讨论面向工业应用的工业级MCU，看看在电机控制这一细分应用领域有哪些可供选择的国产工业级MCU厂商。
工业级MCU在工业领域的应用十分广泛，从工厂自动化和机器人、电力传输和电网供电、电器电机控制，到智慧城市和智能楼宇自动化，各种机电设备和产品的正常运行都离不开执行计算、处理和控制功能的MCU。
从《30家国产MCU厂商综合实力对比》的调查报告中，我们看到2019年中国MCU市场应用主要集中在消费电子、计算机网络、汽车电子、IC卡和工控/医疗等领域。其中工业控制应用仅占11.2%，相对消费电子和传统计算机网络等应用，其比重还比较小。由此可以推断，国产MCU厂商在工业级MCU市场的投入和销售也相对较弱，这一市场主要还是由英飞凌、ST、TI和瑞萨等国际大厂把控。
对于电机驱动系统的设计，首先要做到准确控制，比如控制位置、扭矩和速度都需要实时电机控制的信号处理。此外，效率、可靠性和使用寿命等系统需求都对MCU及相关元器件提出了很高的要求。在面向白色家电、园林电动工具以及电动车等应用的电机驱动控制中，我们注意到有几家国产MCU厂商在积极推动各自的解决方案。现挑选两家公司的电机控制方案，供感兴趣的朋友参考。
在工业电机控制领域，提高能效、改善控制精度、最大程度降低噪声，以及先进的控制技术是行业发展的重点。国民技术的电机控制系列MCU具有如下特点：
●集成4个独立、具有5Msps高速采样速率的12位模数转换器（ADC），实现单芯片以FOC方式控制两个（甚至四个）BLDC电机，可极大降低多电机应用中的成本控制。
●硬件级电机控制脉宽调制，最小脉宽低至6.9ns，具有更高的电机控制精度，能够实现电机精确调教和稳定运行。
●片内集成模拟运算放大器、模拟比较器及12位数模转换器（DAC），更高的集成度可提升系统稳定性，并进一步降低BOM成本。
●片内紧密耦合存储器，实现快速的存储器访问和调度。
●内置10余种密码算法硬件加速引擎，提供硬件级的程序Flash分区保护机制，可实现对核心算法的分区存储和加密保护、核心代码分区访问、程序的安全启动等有关知识产权的保护措施，实现零附加成本防抄板、防篡改、防窃取。
在电机控制领域，国民技术三大系列MCU主要应用于如下场景：
●N32G455xx系列：面向高性能多FOC电机应用，比如空调室外机、机器人关节、AGV搬运车、智能电动轮椅等单芯片多电机应用场景；
●N32G435xx系列：面向高性价比电机应用，比如电动自行车、电动摩托车、洗衣机、高精度伺服控制系统和工业风机等；
●N32G032xx系列：针对低成本电机应用，比如冰箱、电动工具、吸尘器、油烟机等。
国民技术电机控制MCU产品家族如下是面向电机控制应用的评估板。
针对吸尘器应用，中微半导体推出了以微控制器CMS32M57xx为主控的FOC应用解决方案，其中MCU主要用于吸尘器的电机控制。
这种吸尘器电机控制方案有如下特点：
●集成12 Bits高速ADC，多路高性能模拟运放和可编程PGA，精简外围电路
●无感FOC、单电阻控制方式
●自收敛直接闭环启动算法，适应不同负载启动，100%启动成功
●顺、逆风启动效果优良，启动快速平稳，无失步，运行平稳噪音低
●恒功率控制，线性堵风口识别并保护
●转速控制可高达100000+RPM
●标准输出接口：FG VPWM、DIR、VCC和GND
●具备优异的CE、ESD性能，EFT4200V
随着工业物联网、智慧城市和智能家居市场的快速发展，国产MCU厂商也逐渐往高质量级别和售价的工业级MCU渗透。电动工具和各种家电产品的电机控制对MCU要求虽然比消费电子要高些，但还没有工业控制应用的要求严格，这对想进入工业领域的国产MCU厂商是一个不错的过渡选择。
本文为《电子工程专辑》2020年11月 刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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