能源的不足,環境的急劇變化使得節能環保讓大家越來越關注。節能環保在越來越多行業中被列為硬性指標。在暖通空調行業中,節能環保也成為了行業的趨勢。HVAC系統中,有著大量的電機控制子系統, 用于驅動風機、壓縮機以及各種環境傳感器。
現在的HVAC系統既要做到節約能源并維護成本,還要能提供精確的溫度控制和靜音運行。在HVAC系統中這些大量的控制電機,包括帶有電位器的有刷直流電機用于感測風門的位置,使用反電動勢測量位置或通過計算步數測量位置的BLDC電機等等。在節能高效的要求出來之前,很多HVAC系統中都使用了AC感應電機,隨著節能和高效的要求日益嚴格,具有更高能效的BLDC電機成為HVAC應用的首選。
這些HVAC的電機控制要求較高,同時需要考慮到節能環保,效率等方面的問題,因此,電機MCU大廠在HVAC系統上都有一套自己的解決方案。
TI HVAC電機控制
TI的HVAC電機解決方案側重點在提高效率和預測性維護上。一是通過變流器實現精確的電流和電壓測量;二是無線電機診斷由電池供電;三是電源樹的高能效設計。這樣的電機方案可以說對HVAC電機實現了智能監控,既滿足節能要求又實現高效控制。
在方案中MCU和處理器的選型上,TI給出了很多選擇。C2000系列里的TMS320F280021
是其中較有特色的一個。雖然TMS320F280021在HVAC的應用中不是C2000系列里各項性能最高的,但是從整體來看它是極其具有性價比的一個選擇,對于成本敏感的系統設計,比其他C2000系列更友好。
(TMS320F280021,TI)
C2000系列的可擴展、超低延遲不需要過多介紹,在電機控制里這個系列是硬通貨,只不過很難界定這個系列到底屬于MCU還是DSP。在TMS320F280021上集成了高性能模擬模塊,并與處理單元和PWM單元緊密耦合,因而可以提供更好的實時信號鏈性能。在14個ePWM通道中有著8個具有高分辨率功能的通道。這些通道均支持死區設置。
TMS320F280021的32位DSP內核可從片上閃存或 SRAM 運行的浮點或定點代碼提供100MHz的信號處理性能。同時TMU(三角函數數學單元)與VCRC(循環冗余校驗)的集成進一步增強了實時控制性能。
在片上存儲上,TMS320F280021擁有受ECC保護的128KB閃存和24KB的RAM。在其高性能模擬模塊上,有著兩個3.45MSPS的12位ADC,每個ADC都具有四個集成后處理模塊和16個外部通道。
而各種業界通用的各類通信端口(如 SPI、SCI、I2C、PMBus、LIN 和 CAN),在TMS320F280021上均支持連接,還能提供多個引腳復用選項,實現出色的信號布局??焖俅?a target="_blank">接口在出色的信號布局上可跨過隔離邊界實現高達200Mbps的穩健通信。
TMS320F280021全面且穩健的功能在HVAC電機系統上對于成本敏感的應用是性價比很高的選擇,而基于其他型號MCU的方案設計則在TMS320F280021上增強了某一處功能或是整體性能的加強。無論哪方面,Ti的HVAC電機方案都有覆蓋到。
ST HVAC電機控制
無論在什么電機應用場合,STM32一定不會缺席。而STM32和C2000一樣,整個系列在電機控制領域都是主流硬通貨。相比C2000 MCU和DSP屬性的難以界定,STM32是純粹的MCU。
F0系列作為ST主流ARM Cortex-M0基本型MCU,在HVAC電機控制系統中應用得十分廣泛,其中又以STM32F071CB最為合適。
(ST)
STM32F071CB的主頻最高48MHz,配備高達128 KB的閃存和16 KB的SRAM,再加上全面的增強型外圍設備,可以勝任HVAC電機系統中的任意控制環節。說它的外設全面是因為僅在通信接口,它就配置了兩個I2C、兩個SPI/一個I2S、一個HDMI CEC和四個USART。這還僅僅是通信接口,模擬模塊則集成了一個12位ADC、一個帶兩個通道的12位DAC、七個16位定時器、一個32位定時器和一個高級控制PWM。
可以很明顯看到,該芯片與上述的C2000系列有著很多相似的地方,不論是PWM控制,閃存與SRAM,還是模擬模塊功能。F0系列唯一不具備的就是C2000系列DSP內核帶來的更強的運算能力。
論運算能力這不是F0系列MCU的長項,因此ST在HVAC方案上,通過更多選擇的IGBT、功率MOSFET、智能功率模塊(IPM)以及集成驅動構建了高效電機控制之外,增強了系統在MEMS環境傳感器和無線連接上的能力,將HVAC應用環境中的物聯程度做了拔高。
而且STM32F071CB提供的從48到100引腳的多種封裝里包括了薄型WLCSP和BGA變型,在MCU封裝選型上又多了一些選擇,此外單獨的CAN 2.0 a/b接口為HVAC應用提供了更多的通信能力。
寫在最后
作為電機控制的兩大主流芯片,STM32與C2000的對決可以說哪里有電機哪里就能看到。HVAC電機系統里,兩個高手過招也是最大程度上發揮了自身產品的優勢,一個在運算上占據上風另一個就從模塊集成上找回來。高效能、低成本和節能環保這些要求,二者在HVAC電機系統的對決中都做到了比以前更好,也將繼續圍繞這三點去突破。
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