靜音潔凈 智控生活 | 極海G32M3101空氣凈化器參考方案

在消費(fèi)升級(jí)的浪潮下，空氣凈化器等小家電產(chǎn)品正從基礎(chǔ)功能型向高品質(zhì)體驗(yàn)型快速迭代。電機(jī)作為其核心部件，傳統(tǒng)采用的方波控制技術(shù)正逐漸被磁場(chǎng)定向控制（FOC）技術(shù)所取代。因?yàn)镕OC技術(shù)能顯著提升電機(jī)運(yùn)行平滑度，有效降低設(shè)備噪音，為用戶營(yíng)造更舒適的家居環(huán)境。

隨著產(chǎn)品向小型化、集成化、智能化方向演進(jìn)，傳統(tǒng)“MCU+外置驅(qū)動(dòng)”分立式FOC方案，暴露出BOM成本高、PCB占用空間大、系統(tǒng)復(fù)雜度高等問(wèn)題，已難以滿足新一代空氣凈化器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。

G32M3101空氣凈化器參考方案

極海推出了G32M3101空氣凈化器參考方案，專(zhuān)為空氣凈化器及類(lèi)似風(fēng)機(jī)應(yīng)用量身打造的高集成電機(jī)控制方案，其搭載G32M3101電機(jī)控制SoC，采用Cortex-M0+內(nèi)核，單芯片集成40V 3P+3N柵極驅(qū)動(dòng)器及5V/60mA LDO，實(shí)現(xiàn) “MCU + 驅(qū)動(dòng) + 電源” 三合一高集成架構(gòu)，大幅精簡(jiǎn)外圍電路、縮小PCB尺寸、降低系統(tǒng)復(fù)雜度與BOM成本。

同時(shí)，借助芯片內(nèi)置的DIV/MULT硬件算法加速單元，高效執(zhí)行FOC算法，讓電機(jī)運(yùn)行更平滑、噪音更低，助力客戶打造靜音、穩(wěn)定、高品質(zhì)的空氣凈化器產(chǎn)品。

方案板

方案介紹：

? 便捷供電設(shè)計(jì)：G32M3101支持24V電壓直接輸入，利用片內(nèi)集成的LDO為MCU內(nèi)核供電，驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管，無(wú)需復(fù)雜的外部電源轉(zhuǎn)換電路，大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)供電架構(gòu)；

?靈活調(diào)速與轉(zhuǎn)速反饋：通過(guò)GTMR（通用定時(shí)器）捕獲外部輸入的PWM頻率作為速度命令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；同時(shí)通過(guò)BTMR（基本定時(shí)器）輸出PWM頻率，實(shí)時(shí)反饋電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行轉(zhuǎn)速，便于系統(tǒng)精準(zhǔn)監(jiān)控；

? 智能啟停控制：當(dāng)用戶輸入轉(zhuǎn)速命令超過(guò)或低于設(shè)定閾值時(shí)，電機(jī)將自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉；

? 精準(zhǔn)電流檢測(cè)與控制：電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)芯片內(nèi)置的高性能運(yùn)算放大器及采樣電路，實(shí)時(shí)采集電機(jī)相電流數(shù)據(jù)，經(jīng)坐標(biāo)變換處理后，可精確控制電機(jī)的力矩電流大小及相位；

? 高效FOC控制算法，通過(guò)ATMR（高級(jí)定時(shí)器）輸出三路互補(bǔ)PWM波，驅(qū)動(dòng)逆變器開(kāi)關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電機(jī)矢量控制。

應(yīng)用框圖

同時(shí)，極海提供完善的算法庫(kù)包含坐標(biāo)變換、矢量控制核心函數(shù)、數(shù)學(xué)庫(kù)及觀測(cè)器庫(kù)函數(shù)等，無(wú)需客戶開(kāi)發(fā)核心算法，可大幅降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻；配備靈活的參數(shù)配置工具，支持用戶對(duì)電機(jī)核心電氣參數(shù)、統(tǒng)一標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行快捷配置；提供低速/高速觀測(cè)器參數(shù)配置，可靈活設(shè)定順逆風(fēng)啟動(dòng)參數(shù)設(shè)定以及IPD（初始位置檢測(cè)）啟動(dòng)使能，適配不同應(yīng)用場(chǎng)景需求。

電機(jī)運(yùn)行時(shí)電流波形圖

方案優(yōu)勢(shì)：

? 高集成度SoC設(shè)計(jì)：?jiǎn)涡酒蒑CU+Gate Driver+LDO，大幅減少外圍元器件，有效降低BOM成本與PCB占用面積，適配小家電小型化、集成化設(shè)計(jì)需求；

? 雙電阻無(wú)感FOC控制：采用雙電阻采樣無(wú)感矢量FOC控制，降低電機(jī)運(yùn)行噪音，提升電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平滑度，優(yōu)化產(chǎn)品使用體驗(yàn)；

? 高級(jí)啟動(dòng)與觀測(cè)策略：支持多觀測(cè)器+PLL協(xié)同運(yùn)行，具備開(kāi)環(huán)/閉環(huán)啟動(dòng)、順逆風(fēng)啟動(dòng)（迎風(fēng)/逆風(fēng)狀態(tài)下平穩(wěn)切入）、IPD初始位置檢測(cè)等高級(jí)功能，輕松適應(yīng)風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載的復(fù)雜工況；

? 雙閉環(huán)精準(zhǔn)控制：支持速度閉環(huán)與功率閉環(huán)雙重控制機(jī)制，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，確保空氣凈化器在不同濾網(wǎng)損耗狀態(tài)下風(fēng)量的穩(wěn)定性；

? 完善的保護(hù)機(jī)制：芯片集成過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)等多種安全保護(hù)功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提升整機(jī)運(yùn)行可靠性；

? 靜音舒適體驗(yàn)：充分發(fā)揮FOC算法優(yōu)勢(shì)，消除電機(jī)換相噪音，滿足臥室、書(shū)房等場(chǎng)景對(duì)靜音的嚴(yán)苛要求。

G32M3101電機(jī)控制SoC介紹

? 高效內(nèi)核與算法加速：基于Cortex-M0+，工作主頻64MHz，集成電機(jī)控制專(zhuān)用的32/32-bit除法器（支持有符號(hào)/無(wú)符號(hào)運(yùn)算），大幅加速FOC算法中的除法運(yùn)算與數(shù)學(xué)處理；

? 高集成度設(shè)計(jì)：內(nèi)置40V 3P+3N柵極驅(qū)動(dòng)器與5V/60mA LDO，直接驅(qū)動(dòng)MOS管為系統(tǒng)供電，簡(jiǎn)化整體電源設(shè)計(jì)；

? 高性能ADC與DMA：配備最大2MSPS采樣率的12-bit高精度 ADC，支持DMA模式，可將量化數(shù)據(jù)直接搬運(yùn)至存儲(chǔ)數(shù)組；由TMR1的TRGO0信號(hào)觸發(fā)采樣，降低CPU負(fù)載，確保采樣的實(shí)時(shí)性與同步性；

? 高精度模擬外設(shè)：集成2個(gè)運(yùn)算放大器（OP-Amp），用于精準(zhǔn)采樣電機(jī)電流；2個(gè)可編程模擬比較器（COMP）用于硬件級(jí)過(guò)流異常檢測(cè)，響應(yīng)速度快，可及時(shí)規(guī)避電機(jī)及芯片損壞風(fēng)險(xiǎn)；

? 豐富的通信接口：集成UART、SPI接口，可靈活拓展IoT模組、PM2.5傳感器及顯示面板，滿足智能家電、小型電機(jī)等的多樣化功能需求；

? 靈活的封裝選擇：提供QFN32、SSOP24、SSOP28及LQFP32多種封裝選擇，適配不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與PCB空間限制，滿足從超小型化設(shè)計(jì)到標(biāo)準(zhǔn)板型的多樣化需求。

高性能SoC+算法賦能

助力行業(yè)降噪增效、靈活開(kāi)發(fā)

面向空氣凈化器及智能家電應(yīng)用市場(chǎng)，極海推出的G32M3101空氣凈化器參考方案，憑借“高集成度SoC+優(yōu)化算法庫(kù)”的組合優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)方案體積大、噪音高、開(kāi)發(fā)難的問(wèn)題。不僅實(shí)現(xiàn)了高可靠的混合信號(hào)處理與電機(jī)FOC控制，更通過(guò)多樣化的封裝選擇，靈活適應(yīng)客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

未來(lái)，極海將持續(xù)深耕電機(jī)控制技術(shù)的創(chuàng)新，通過(guò)完善的生態(tài)系統(tǒng)與全方位的技術(shù)支持，助力客戶縮短產(chǎn)品上市周期，全面提升終端產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。