盘点电机控制器用到的主要电子元器件与实战方案

电机控制器的硬件通常分为控制板和驱动板。控制板主要包括主控芯片、CAN网络、采样电路、旋变电路和电源电路等。下文将详细介绍电机控制器主要用到的电子元器件，并分享一些已量产的伺服电机控制方案及其技术实现方式，以作参考。

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1.主控芯片

控制板的主控芯片以DSP或FPGA为主，在车载电机控制器中常用的英飞凌、恩智浦、瑞萨为主。

英飞凌的Aurix系列，65nm工艺，32bit带宽，具有多个锁步核，最高主频达300MHz。常用的有TC2XX和TX3XX系列。

恩智浦的MPC5XX系列，55nm工艺，32bit位宽带锁步核的单核、双核架构，最高主频200MHz。

瑞萨的RH850系列，40nm工艺，32bit位宽带锁步核的单核、双核架构，最高主频240MHz。

CAN电路：CAN电路主要以CAN收发器芯片为主，提供电机控制器与外部的交互，常用的芯片有JTA1145，JTA1043等。

2.电源电路

电源电路主要将12V电转变成DSP和部分电路所需的电压，比如主控芯片的外设和内核供电，CAN收发器的供电等。常用的电源芯片包括：

英飞凌的TLF35584及其下一代，其满足ISO26262要求，通常厂家与Aurix主控芯片打包推荐。

NXP的FS6500，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、LIN总线收发器、自检诊断功能一体。

ST的L9788，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、LIN收发器、继电器驱动等功能。

TI的TS65381，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、自检诊断功能。

3.旋变电路

硬件解码电路以旋变解码芯片为标志，芯片有ADI的12XX系列芯和AU680系列为主。

AD2S12XX系列的性能：

• 最大跟踪速率达187500min- 1

• 分辨率10/12/14/16位可调；

• 可输出绝对位置和速度；

• 对于故障检测阀值可通过编程设置；

• 内置可编程正弦波振荡器；

• 增量式编码器输出采用A-quad-B格式， 并提供方向输出， 减小软件运算量；

• 12位二    进制并行输出、 总线输出、 A/B/Z编码输出、 10至16位串行SPI输出；

AU680X系列的性能：

• 最大跟踪速率：240,000min- 1 最大角加速度：1,000,000rad/s2
• 自带激励放大电路（部分应用也可增加激励放大电路） ；
• 内部集成振荡器（部分应用需要外部振荡器） ；
• 内部自动补偿激励信号相位偏移；

• 2位二进制并行输出、 总线输出、 A/B/Z编码输出、 串行SPI输出。

采样电路：采样电路包括控制器的温度采样、冷却的温度采样、电机的温度采样、IG_ON的检测、HVIL的检测等。

驱动板包括高压采样和驱动电路等。

4.高压采样电路

高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放，主要是对母线电流电压，三相电流采样。

5.驱动电路

驱动电路：驱动电路是将DSP输出的驱动信号经过隔离芯片将驱动信号带载能力加强，驱动IGBT，并将故障信号送到DSP，隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离。

实战方案：

低压伺服驱动器方案

方案特点

• 采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列，主频高达 648MHz，Coremark 高达 3390，提高了伺服的响应特性。

  
  

• 利用HPM6300的 3个独立 16位ADC，可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样，提高伺服的控制精度。

  
  

• 支持大容量本地存储，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM)，提高代码或数据的访问速度，有助于实现快速电流环。

  
  

• 内置16位 FMEC接口，满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。

  
  

• 完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码，其中，电流环延时仅1.06us，有效缩短客户的产品开发时间，为 ”单芯片” 伺服提供可能性。

  
  

• 内置 CAN接口，支持 CANFD通讯。

  
  

• 内置 FFT/FIR协处理器，实现快速的FFT计算，对于电流、电压信号进行实时分析，助力电机预维护功能。

先楫HPM6700四轴电机驱动方案

HPM6750系列芯片支持4套电机控制单元，每个单元包括1个PWM定时器，一个正交编码器接口，一个霍尔传感器接口和1个互联管理接口，配合片上提供的数模转换ADC模块和ACMP等外设，可以实现同时控制4个电机。包含1个同步定时器，可以用于4套电机控制单元间进行同步，实现HMI与四轴伺服运动控制，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

方案特点：

• 816MHz 主频控制器，性能强悍
• 多伺服电机控制，高精度位置控制
• 集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
• 相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

应用场景：多轴协同场景，如

• 机器人：工业机器人、SCARA机器人
• 机床加工、伺服方案

主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列

方案特点：

• 硬解码：RDC硬件支持快速的旋变解码

• 软解码：成熟方案，使用HPM5000~6000

• 16b ADC带来更好的解码性能

• 高算力、高主频带来解码低延时

• 丰富的编码器接口和协议，可以统一编码器平台，如磁编、光编和旋变等

芯片优势：HPM5300系列可结合QEO和SEI，可以支持多种方式输出，如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。

应用场景：工况或环境恶劣的电机驱动，如

• 新能源车：电机驱动

• CNC机床、磨床等

工业机械臂方案

先楫HPM6280芯片具备出色响应速度快、定位精度高等特点，能够实现高速、高精度的运动控制。HPM6280高性能MCU目前已应用于电动平行夹爪方案，方案内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM，在工业机械臂场景，HPM628 MCU能够迅速准确地完成各种复杂任务，提高工作效率和生产质量。

方案优势：

高性能MCU，高达600MHz主频。

控制<100PS，高精度PWM，有效优化GaN驱动音圈电机动态特性

RISC-V架构自研芯片，可满足国产自主可控要求，供应链稳定，超高性价比。

高算力，大 SRAM，大 Flash，多路CAN FD，16bitADC(24路)

应用场景：

搬运机械臂、装配机械臂、焊接机械臂等场景。

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