世界叉車的起源，最早可以追溯到1917年。

歷經一百多年的發展，以叉車為主的機械化裝卸、堆垛和短距運輸，讓人們告別了繁重的原始人力搬運，廣泛應用到全球的工廠、倉庫、港口、場站等工業、物流等國民經濟部門。

近年來，全球叉車市場規模呈上升態勢。2021年全球叉車銷量創紀錄達234萬輛，同比大增47.89%，其中中國叉車銷量高達110萬臺，同比增長37.4%，成為世界第一叉車生產大國和消費市場。

與此同時，隨著新能源行業的持續火爆，以蓄電池為動力源的新能源叉車成為行業的未來發展方向。2021年，中國新能源叉車銷量為65.78萬臺，同比增長60.33%，未來仍保持著高速增長。

與傳統內燃叉車相比，新能源叉車進一步優化了叉車性能，具有能量轉換效率高、噪聲小、無廢氣排放、控制方便等優點，還有體積小、靈活、易操作等特點，在車間、倉庫、自動倉儲系統、大型超市等對環境條件要求較高的場合更具優勢。

新能源叉車的電機應用

叉車需要保持高安全、高強度、低能耗的工作性能，因此新能源叉車為了實現高靈敏度的精準感知操控、適應各種高低溫應用場景及具備低功耗運行模式，對叉車驅動電機及控制系統上提出了很高的要求。

目前，市場上新能源叉車的驅動電機及控制系統種類頗多，主要可分為直流電機、異步電機、永磁同步電機、開關磁阻電機等。

其中，永磁同步電機的綜合性能超過其它類型的電機，最大優點就是具有較高的功率密度與轉矩密度，相較其他種類的電機，在相同質量與體積下，永磁同步電機能夠為新能源汽車提供最大的動力輸出與加速度，是新能源叉車性能最佳的驅動電機。

新能源叉車的各種驅動電機性能比較表

永磁同步電機具備效率高、扭矩大、壽命長等特點，屬于自換流式電機，使用弦波矢量（FOC）控制方式，具備高效率、高性能、高可靠性的特點。由于控制方式較為復雜，需要了解電機進行整流轉向的轉子位置和機制。為了獲得轉子位置，常采用位置傳感器，例如霍爾、編碼器和旋變等。

弦波矢量（FOC）控制原理框圖

由于叉車電流管理，需要調整到在變化的負載下控制速度，因此必須采用反饋控制機制，這也是叉車電機驅動控制器的關鍵技術所在。為了獲得具有良好動態扭矩響應的良好速度控制，在正弦驅動中采用稱為矢量控制（也稱為磁場定向控制或FOC）的技術。

CS32F103的應用優勢

對此，為了方便電機客戶工程師快速、高效地設計出滿足需求的新能源叉車永磁同步電機產品，芯海科技推出基于高性能MCU CS32F103系列芯片的新能源叉車永磁同步電機控制解決方案。

永磁同步電機控制系統硬件框圖

CS32F103內置高精度ADC采集永磁同步電機的相電流，然后通過運行clarke變換得到兩軸正交電流量Iα和Iβ，運行park變換后得到正交電流量 Id、Iq。將三相坐標變換為兩相坐標，此時控制Id和Iq即可控制電機扭矩和磁場。通常將Id設置為０。

將Iq與Id進行PI運算，得到輸出量Vq和Ｖd，通過位置傳感器（例如霍爾，編碼器，旋變）得到電機的角度θ和轉速n。

對Vq、Ｖd和θ進行park逆變換，得到二軸變量Vα和Vβ，再進行clarke逆變換得到目標三相電壓生成SVPWM來控制MOS電橋，來驅動永磁同步電機。

矢量控制方案實現之后還需要調整PI控制器參數以匹配不同的電機和負載類型，參數設置不當，則會導致電機控制效率偏低，響應不達標。

芯海科技新能源叉車電機控制器DEMO

CS32F103采用高性能32位RISC架構，最高工作頻率為72MHz，嵌入128K Byte flash和20K Byte SRAM，提供標準的通信接口（I2C、SPI、USART），2路12Bit ADC、3個通用16位定時器、1個PWM高級定時器、1個USB接口和1個CAN接口。提供包括涵蓋48引腳到100引腳的多種封裝，適用于電機控制、工業自動化、儀器儀表、醫療、消費電子、汽車電子等應用領域。

芯海科技CS32F103產品框圖

CS32F103的供電電壓為2.0V至3.6V，工作溫度范圍涵蓋-40℃至+105℃，結溫達125℃，滿足苛刻的極端應用環境下，在規定范圍內電壓、電流、溫度及器件保護等方面，實現開機和工作狀態的全系統檢測，確保叉車正常運行。

此外，CS32F103還具備支持睡眠模式、停機模式、待機模式等三種低功耗的節能模式，可以在低功耗要求、短啟動時間和多種喚醒事件之間達到最佳的平衡，保證新能源叉車的低功耗應用。

CS32F103的開發生態

CS32F103系列憑借高度集成特性，支持終端應用根據具體需求開發電機控制的定制算法，可以使電機驅動器更好地管理電機故障檢測等關鍵功能，同時實施保護機制，從而提高系統可靠性。

EVB-32F103系列開發板

在開發生態上，CS32F103支持KEIL等集成開發環境，提供EVB-32F103系列開發板和在線調試工具，提供芯海科技最新的CSWrite V3.x等最新燒錄工具軟件，具有燒錄速度快、良率高、操作簡單的特點，還支持數據統計、在線更新等增強功能，幫助客戶實現電機控制器的最終硬件配置。

此外，CS32F103還支持第三方量產燒錄工具，用戶無需重復購買。芯海科技提供全面的產品SDK開發包，提供固件版本管理系統，方便用戶工程師可以安全分發固件，避免版本錯誤，實現快速移植開發。

CS32F103系列的型號列表

芯海科技（深圳）股份有限公司（股票代碼：688595）成立于2003年9月，是一家集感知、計算、控制、連接于一體的全信號鏈集成電路設計企業，專注于高精度ADC、高可靠性MCU、測量算法以及AIoT一站式解決方案的研發設計。產品和方案廣泛應用于工業測量與工業控制、通信與計算機、鋰電管理、消費電子、汽車電子、智慧家居、智能儀表、智慧健康等領域。 芯海科技作為同時擁有模擬信號鏈和MCU雙平臺驅動的集成電路設計企業，也是少數擁有物聯網整體解決方案的集成電路設計企業之一，與客戶A、榮耀、vivo、OPPO、小米、華米、紫米、麥克韋爾、飛科、匯川、漢威、四方光電、南方電網、德朔、美的、香山衡器、樂心醫療、鋰電某龍頭公司等知名企業持續保持緊密合作，成為鴻蒙智聯（HarmonyOS Connect）生態合作伙伴。

芯海科技總部位于深圳，在合肥、西安、成都、上海設立子公司，是國家級高新技術企業，被廣東省科技廳認定為“廣東省物聯網芯片開發與應用工程技術研究中心”，獲得國家級專精特新“小巨人”稱號。公司獲批設立了市級博士后創新實踐基地，建有可靠性檢測中心、健康測量實驗室、感知實驗室、MCU實驗室。截止到2022年上半年，芯海科技累計擁有全球專利申請近800件，累計擁有已授權專利近350件（含美國專利），擁有專利數量在科創板芯片設計上市公司中名列前茅。