高度集成的 MCU 简化了精确高效的电机控制设计

当我的高中生儿子加入机器人俱乐部时，作为父亲我是很自豪的。然而，没过多久，他就开始遇到我们熟悉的设计问题。他面临的一大挑战是找到精确、高效和用户友好的电机控制硬件。

在我们的专业领域中，从家用电器到工业自动化设备，任何设计都会遇到同样的要求。这就是为什么我对 Infineon 新推出的 PSOC Control C3 单片机 (MCU) 颇感兴趣的原因。

实现先进电机控制的高效架构

PSOC Control C3 系列是高性能、高效率的先进电机控制解决方案。这些 MCU 围绕一个带有数字信号处理 (DSP) 和浮点运算单元 (FPU) 的 Arm Cortex-M33 内核构建（图 1）。该内核还辅以专为使用基于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽带隙技术的功率器件的系统而优化的高性能外设。

图 1：PSOC Control C3 MCU 具有功能强大的外设，围绕一个带有 DSP 和 FPU 的 Arm Cortex-M33 内核构建。（图片来源：Infineon）

特别值得一提的是三个 Control C3 MCU 外设：

• 高性能 12 位逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 可对多达 16 个模拟信号进行真正的同步空闲采样。这对于准确捕捉快速变化的波形至关重要，例如场定向控制 (FOC) 系统中的电机相电流或太阳能逆变器中的电网电压。
• 可选的坐标旋转数字计算机 (CORDIC) 数学加速器可卸除 Arm 内核的三角函数和其他超越函数负担。这对 FOC 系统中的帕克变换和并网电力转换中的锁相环 (PLL) 等算法大有裨益。
• 定时器/计数器脉宽调制 (TCPWM) 块可生成精确的开关信号，并集成了运动接口 (MOTIF)，为基于传感器的电机控制设计中使用的霍尔和正交编码器提供了直接的硬件支持。

这些功能为高效电机驱动器、数字电源和可再生能源系统等要求苛刻的应用提供了紧密集成的解决方案。

我想强调的其他功能包括丰富的 I/O，以及可将功耗降至 1 微安 (µA) 以下的低功耗模式。PSA 2 级安全认证可防止篡改，而符合 IEC 60730 B 级和 IEC 61508 SIL 2 规范则可确保功能安全。

通过两条 MCU 产品线优化成本与功能

并非每项设计都需要所有可用功能，预算也可能很紧张，因此 PSOC Control C3 提供了两种型号：成本优化的入门版和功能更强的标准版。入门版主要功能包括一个 100 兆赫 (MHz) 的 Arm 内核、一个每秒 6 兆采样 (MSPS) 的 ADC 以及 48 引脚或 64 引脚封装。

标准版升级到 180 MHz 处理器和 12 MSPS SAR ADC，并增加了 80 引脚封装选项。它还能将 PWM 时序提高到优于 100 皮秒 (ps) 的水平，从而控制超过 200 千赫兹 (kHz) 的开关频率。

PSC3M5FDS2AFQ1XQSA1（图 2）充分展示了标准版的能力。这款 MCU 采用 PG-LQFP-80 封装，内含 180 MHz Arm Cortex-M33F 内核和 256KB 闪存。它特别适合机器人和电动自行车电机控制器等对性能要求极高的应用。

图 2：PSC3M5FDS2AFQ1XQSA1 标准版 MCU 在 PG-LQFP-80 封装中结合了 180 MHz Arm Cortex-M33F 内核和 256 Kbytes 闪存。（图片来源：Infineon）

利用评估套件加速电机控制设计

对于有意使用 Control 3 系列进行设计的人来说，KITPSC3M5EVK 评估套件（图 3）是一个很好的着手点。它采用 PSC3M5FDS2AFQ1 MCU，能够让设计人员使用 PSOC Control C3 的全套功能。

图 3：KITPSC3M5EVK 评估套件为使用 PSOC Control 3 MCU 的概念验证工作提供了各种针座。（图片来源：Infineon）

该开发板的设计简单明了，适用于面包板实验。它还提供用于 MIKROE mikroBUS 扩展板、Arduino Uno R3 和 Infineon Shield2Go 接口的针座，方便了扩展。总之，它是外设测试、概念验证工作和初始代码开发的可行选择。

对于希望直接进入电机控制设计的用户，还可提供更高级的套件，如 KIT_PSC3M5_CC2（图 4）。该综合平台围绕相同的 PSC3M5FDS2AFQ1 MCU 构建，包括用于功率级控制的集成栅极驱动器、用于相电流测量的电流检测电路以及用于独立运行的板载电源。它是电机控制器开发、FOC 算法测试和系统级验证的绝佳选择。

图 4：KIT_PSC3M5_CC2 是用于电机控制原型开发的灵活平台。（图片来源：Infineon）

Infineon 开发生态系统 ModusToolbox 同时支持开发板和 PSOC Control C3 系列。ModusToolbox 电机套件提供专为电机控制应用设计的即用代码示例和工具，能够让您快速完成从评估到实现的整个过程。它还支持与众多第三方集成开发环境和构建系统的直接集成，让你可以灵活地调整工作流程，以适应其首选工具链。

结语

无论您是像我儿子一样的运动控制新手，还是寻求最新技术的资深设计师，PSOC Control C3 MCU 都能为您提供很多帮助。CORDIC 加速器和同步模数转换器等先进功能让其拥有了令人印象深刻的电机控制能力。最重要的是，这些功能被集成到一个高效的 MCU 中，为成本敏感型设计开辟了新的可能性。