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新能源叉車電機控制解決方案:芯海科技CS32F103高性能MCU的應用與優勢

芯海科技(深圳)股份有限公司 ? 2024-11-14 14:56 ? 次閱讀
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相較于傳統內燃叉車,新能源叉車在性能上實現了顯著提升。它具有能量轉換效率高、噪聲低、無廢氣排放、控制便捷等顯著優點,同時體積小巧、靈活易操作,特別適用于對環境條件要求較高的場所,如車間、倉庫、自動倉儲系統以及大型超市等。

新能源叉車的電機技術

為了確保叉車的高安全、高強度和低能耗性能,新能源叉車對驅動電機及控制系統提出了極高要求,以實現高精度的感知操控、適應各種溫度環境以及低功耗運行模式。

目前市場上新能源叉車的驅動電機及控制系統種類繁多,主要包括直流電機、異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機等。其中,永磁同步電機憑借其卓越的綜合性能脫穎而出,成為新能源叉車驅動電機的首選。在相同質量和體積下,永磁同步電機能提供最大的動力輸出和加速度。

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新能源叉車的各種驅動電機性能比較表

永磁同步電機以其高效率、大扭矩和長壽命等特點著稱,采用弦波矢量(FOC)控制方式,實現高性能、高可靠性。然而,其控制方式相對復雜,需要精確了解電機的轉子位置和機制。通常通過位置傳感器(如霍爾、編碼器、旋變等)來獲取這些信息。

叉車電機驅動需根據負載變化調整速度,因此反饋控制機制至關重要。為實現良好的動態扭矩響應和速度控制,正弦驅動中采用了矢量控制技術(也稱磁場定向控制或FOC)。

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弦波矢量(FOC)控制原理框圖

CS32F103的應用優勢

為滿足新能源叉車永磁同步電機的設計需求,芯海科技推出了基于高性能MCU CS32F103系列芯片的控制解決方案。該方案通過內置高精度ADC采集電機相電流,并經過一系列變換得到控制電機扭矩和磁場的電流量。結合位置傳感器獲取的角度和轉速信息,通過矢量控制算法實現對電機的精準控制。

CS32F103具備豐富的硬件資源,包括高性能M3內核、大容量存儲、標準通信接口以及多種低功耗節能模式等,能夠滿足苛刻的極端應用環境要求,并確保叉車在低功耗條件下正常運行。

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永磁同步電機控制系統硬件框圖

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芯海科技新能源叉車電機控制器DEMO

CS32F103采用高性能M3內核,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。

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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。

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EVB-32F103系列開發板

在開發生態方面,CS32F103支持多種集成開發環境,提供開發板和在線調試工具,以及高效的燒錄工具軟件,幫助客戶快速實現電機控制器的硬件配置。同時,芯海科技還提供全面的產品SDK開發包和固件版本管理系統,方便用戶工程師進行快速移植開發和安全分發固件。

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CS32F103系列的型號列表

CS32F103系列芯片以其卓越的性能和豐富的資源,為新能源叉車永磁同步電機的控制提供了高效可靠的解決方案,助力叉車行業邁向更加綠色、智能的未來。

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