英飞凌 无电解FOC 长寿命低成本变频控制方案

今天为大家介绍一款采用XMC1302控制器的无电解电容的FOC控制方案。我们知道，在一般的电机或压缩机的控制电路中，经过市电整流之后会有个电解，有电解之后会导致PFC较低，所以这个时候我们还得加上PFC，这样成本就上升了。而如果把电解电容省掉之后，不但可以提高产品的使用寿命，降低成本，而且它的电流谐波也会非常好。这款方案采用的是英飞凌特别为FOC控制所推出的XMC1302芯片，它的母线上无电解电容，无PFC。方案的DEMO板、资料包已开放申请，可以向官方微信客服索取。

本文对DEMO和主芯片进行讲解。

一、正面

（A）控制芯片，英飞凌XMC1302

（B）驱动器

二、背面

（A）六个MOSFET

三、控制芯片 英飞凌 XMC1302

XMC1302是英飞凌专门针对电机控制而推出的一款MCU，集成了专门针对电机应用优化的外设集，支持中端电机常见的各种控制方式，它具有适合无感FOC控制的相关外设和亮点。XMC1302集成了一个MATH协处理器，这个完全独立的CPU可以单独工作。它包含一个32位的DIVIDER（运算非常方便）和一个24位的CORDIC（做矢量旋转时非常方便）。它同时带片上可调增益的12位VADC，内置了可输出PWM进行三相逆变器控制的CCU8单元，内置了模拟比较器ACMP。保护电路都可以做到XMC1302芯片里去，所以设计电路时非常方便。

（一）MATH协处理器

XMC1302中集成一个MATH协处理器，它完全独立于CPU，工作在PCLK（64MHz）时钟下。MATH协处理包含了一个32位的DIVIDER和一个24位的CORDIC。DIVIDER单元实现32bit有符号/无符号除法。CORDIC单元实现24bit三角函数运算。DIVIDER和CORDIC单元可并行工作，该模块减轻了CPU的负荷，对于实现无感FOC控制算法提供了良好的支持。

（二）带有片上可调增益的12位VADC

XMC1302的多功能模/数转换器(VAD)，包含一个按逐次逼近原理(SAR)工作的独立内核。其分辨率是从8位到12位可编程的。ADC每个通道的采样单元内置模拟放大，增益可调，可选1,3,6,12倍放大，可以省掉外部运放。XMC1302的ADC具有双采样保持单元，双通道可以同时采样。具体到实际应用中，就是两路电流可以同步采样，这对提高控制实时性能是极有好处的。ADC具有limitchecking功能。

（三）可输出PWM进行三相逆变器控制的CCU8单元

XMC1302的Capture/CompareUnit8由4个16位的定时器组成，每个16位的定时器都有定时、比较和捕捉的功能，这4个通道是完全独立的，有各自的分频器，可以独立工作。每个通道可以产生2对互补PWM，并可插入死区时间以防止开关短路，每对PWM波形的上升沿死区时间和下降沿死区时间可以分别产生。还可输出非对称的互补PWM。定时器的运行可以由软件触发，或用内部信号触发，或由外部引脚触发。定时器的中断也可以触发ADC等其它外设。这些特性使它的应用非常灵活，能满足各种需求，尤其是电机控制的需求。

（四）模拟比较器ACMP

XMC1302内置三个高速模拟比较器(ACMP)，用于比较两个模拟输入电压。ACMP的输出反应非常快，延迟时间在25ns。它的输入电压偏差也非常小，只有3mv左右。这些特性都使它非常适合数字电源和电机控制的应用，模拟比较器的内部滤波器可以进行2n-10ns的滤波。最终比较器的输出可以输出到CPU的NVIC产生中断，也可以输出到CCU8，当作它们的外部触发事件。

四、设计特点

该DEMO是一款200W的FOC控制方案，除了旁边的辅源，XMC1302芯片的外围器件很少，整体电路设计简洁，符合小型化需求。总体来说，英飞凌基于XMC1302控制器的无电解电容变频方案，改善了板级功率因素，减少了高次谐波；无电解电容和硬件FPC，降低了系统成本，延长了系统使用寿命。

来源：电源网

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