技术干货丨电动工具和风扇产品所追求的高性能x紧凑尺寸——满足实现这一目标的MCU

随着全球化和城市基础设施的发展，与我们日常生活相关的熟悉产品正在不断发展，以提供更高的性能、更好的能源效率和紧凑的尺寸。建筑工地或家庭DIY中使用的电动工具需要更小尺寸，同时又要提供更高的扭矩、更快的响应速度、更长的电池运行时间和更低的功耗。同样，住房设备和家用电器（如空调、吸尘器和吹风机）强调更安静的运行、更快的转速和紧凑的设计。

实现这些创新的关键是电机控制系统，这是这类产品的核心。瑞萨电子的新型RA2T1微控制器（MCU）直接解决了这些挑战，尤其是在矢量控制等高级电机控制技术中。

在电动工具中，通过120度导通控制等更简单的方法控制的无刷电机面临峰值电流和扭矩波动等问题。通过利用RA2T1的外围功能过渡到矢量控制有助于克服这些问题。这通过使用单分流电流检测方法来实现，该方法利用现有的直流链路电流检测电路，最大限度地减少了对额外元件的需求。具体来说，RA2T1使用GPT定时器提供ADC转换启动请求链接功能，允许通过单分流电阻器进行电流检测。此外，内置比较器和端口输出启用GPT（POEG）功能，可在异常时快速关闭PWM输出，确保系统安全。

图1：控制框图示例

对于家用电器中的风扇应用，安静运行、功耗和高输出至关重要。一种有效的方法是实现矢量控制，该方法利用3/2分流电流检测方法，该方法使用电机的3相电流信息。然而，单个ADC模块通常会按顺序转换三个通道，这可能会导致电流测量中的时序差异而影响控制性能。RA2T1 MCU通过集成专用的3通道采样保持ADC电路解决了这个问题，确保同步电流采样而不会出现测量差异。这对于超过100,000 RPM转速的高速电机尤其有益，可以提高电机的整体性能和运行效率。

图2：具有3分流电流检测的无传感器矢量控制示例框图

RA2T1

RA2T1 MCU搭载64MHz的Arm??Cortex-M23?内核（RA2系列中最高频率）提供支持，专为单电机控制量身定制。其优化的模拟和定时器功能，包括一个具有专用3通道采样和保持电路的12位ADC、两个高速比较器以及支持单分流电阻电流检测的GPT16定时器兼容设计，简化了系统设计并降低了整体元件成本。